Kada je riječ oantene, pitanje koje ljude najviše brine je "Kako se zapravo postiže zračenje?" Kako se elektromagnetsko polje koje generira izvor signala širi kroz dalekovod i unutar antene, te se konačno "odvaja" od antene i formira slobodni prostorni val.
1. Jednožično zračenje
Pretpostavimo da je gustoća naboja, izražena kao qv (Coulomb/m3), ravnomjerno raspoređena u kružnoj žici s površinom poprečnog presjeka a i volumenom V, kao što je prikazano na slici 1.
Slika 1
Ukupni naboj Q u volumenu V giba se u smjeru z jednoličnom brzinom Vz (m/s). Može se dokazati da je gustoća struje Jz na presjeku žice:
Jz = qv vz （1）
Ako je žica izrađena od idealnog vodiča, gustoća struje Js na površini žice je:
Js = qs vz （2）
Gdje je qs površinska gustoća naboja. Ako je žica vrlo tanka (idealno, radijus je 0), struja u žici može se izraziti kao:
Iz = ql vz (3)
Gdje je ql (kulon/metar) naboj po jedinici duljine.
Uglavnom se bavimo tankim žicama, a zaključci se odnose na gornja tri slučaja. Ako je struja vremenski promjenjiva, derivacija formule (3) u odnosu na vrijeme je sljedeća:
（4）
az je ubrzanje naboja. Ako je duljina žice l, (4) se može napisati na sljedeći način:
（5）
Jednadžba (5) je osnovni odnos između struje i naboja, a također i osnovni odnos elektromagnetskog zračenja. Jednostavno rečeno, za stvaranje zračenja mora postojati vremenski promjenjiva struja ili ubrzanje (ili usporavanje) naboja. Obično spominjemo struju u vremenski harmonijskim primjenama, a naboj se najčešće spominje u prijelaznim primjenama. Kako bi se proizvelo ubrzanje (ili usporavanje) naboja, žica mora biti savijena, presavijena i diskontinuirana. Kada naboj oscilira u vremenskom harmonijskom gibanju, također će proizvesti periodično ubrzanje naboja (ili usporavanje) ili vremenski promjenjivu struju. Stoga:
1) Ako se naboj ne miče, neće biti struje niti zračenja.
2) Ako se naboj giba konstantnom brzinom:
a. Ako je žica ravna i beskonačne duljine, nema zračenja.
b. Ako je žica savijena, naborana ili isprekidana, kao što je prikazano na slici 2, postoji zračenje.
3) Ako naboj oscilira tijekom vremena, naboj će zračiti čak i ako je žica ravna.
Slika 2
Kvalitativno razumijevanje mehanizma zračenja može se dobiti promatranjem pulsirajućeg izvora spojenog na otvorenu žicu koja se može uzemljiti preko opterećenja na svom otvorenom kraju, kao što je prikazano na slici 2(d). Kada je žica inicijalno pod naponom, naboji (slobodni elektroni) u žici pokreću se linijama električnog polja koje stvara izvor. Kako se naboji ubrzavaju na izvornom kraju žice i usporavaju (negativno ubrzanje u odnosu na izvorno gibanje) kada se reflektiraju na njegovom kraju, na njegovim krajevima i duž ostatka žice stvara se polje zračenja. Ubrzanje naboja postiže se vanjskim izvorom sile koji pokreće naboje i proizvodi povezano polje zračenja. Usporavanje naboja na krajevima žice postiže se unutarnjim silama povezanim s induciranim poljem, koje je uzrokovano nakupljanjem koncentriranih naboja na krajevima žice. Unutarnje sile dobivaju energiju od nakupljanja naboja dok se njegova brzina smanjuje na nulu na krajevima žice. Stoga su ubrzanje naboja zbog pobude električnog polja i usporavanje naboja zbog diskontinuiteta ili glatke krivulje impedancije žice mehanizmi za stvaranje elektromagnetskog zračenja. Iako su i gustoća struje (Jc) i gustoća naboja (qv) izvorni pojmovi u Maxwellovim jednadžbama, naboj se smatra temeljnijom veličinom, posebno za prijelazna polja. Iako se ovo objašnjenje zračenja uglavnom koristi za prolazna stanja, može se koristiti i za objašnjenje zračenja u stabilnom stanju.
Preporučite nekoliko izvrsnihproizvodi za anteneproizveoRFMISO:
RM-TCR406.4
RM-BCA082-4（0,8-2GHz)
RM-SWA910-22 (9-10GHz)
2. Dvožično zračenje
Spojite izvor napona na dvovodički dalekovod spojen na antenu, kao što je prikazano na slici 3(a). Primjena napona na dvožilni vod stvara električno polje između vodiča. Linije električnog polja djeluju na slobodne elektrone (koje se lako odvajaju od atoma) spojene na svaki vodič i prisiljavaju ih na kretanje. Kretanje naboja stvara struju, koja zauzvrat stvara magnetsko polje.
Slika 3
Prihvatili smo da linije električnog polja počinju s pozitivnim nabojem, a završavaju s negativnim nabojem. Naravno, oni također mogu početi s pozitivnim nabojem i završiti u beskonačnosti; ili započeti u beskonačnosti i završiti s negativnim nabojima; ili formiraju zatvorene petlje koje niti počinju niti završavaju nikakvim nabojima. Linije magnetskog polja uvijek tvore zatvorene petlje oko vodiča s strujom jer u fizici ne postoje magnetski naboji. U nekim matematičkim formulama uvode se ekvivalentni magnetski naboji i magnetske struje kako bi se pokazala dualnost između rješenja koja uključuju snagu i magnetske izvore.
Linije električnog polja povučene između dva vodiča pomažu prikazati raspodjelu naboja. Ako pretpostavimo da je izvor napona sinusoidan, očekujemo da će i električno polje između vodiča biti sinusoidalno s periodom jednakom izvoru. Relativna veličina jakosti električnog polja predstavljena je gustoćom linija električnog polja, a strelice pokazuju relativni smjer (pozitivan ili negativan). Generiranje vremenski promjenjivih električnih i magnetskih polja između vodiča tvori elektromagnetski val koji se širi duž dalekovoda, kao što je prikazano na slici 3(a). Elektromagnetski val ulazi u antenu s nabojem i pripadajućom strujom. Ako uklonimo dio strukture antene, kao što je prikazano na slici 3(b), val slobodnog prostora može se formirati "spajanjem" otvorenih krajeva linija električnog polja (prikazano isprekidanim linijama). Val slobodnog prostora je također periodičan, ali točka konstantne faze P0 kreće se prema van brzinom svjetlosti i putuje udaljenost od λ/2 (do P1) u pola vremenskog perioda. U blizini antene, točka konstantne faze P0 kreće se brže od brzine svjetlosti i približava se brzini svjetlosti u točkama udaljenim od antene. Slika 4 prikazuje distribuciju električnog polja u slobodnom prostoru λ/2 antene pri t = 0, t/8, t/4 i 3T/8.
Slika 4 Raspodjela električnog polja slobodnog prostora λ/2 antene pri t = 0, t/8, t/4 i 3T/8
Nije poznato kako se vođeni valovi odvajaju od antene i na kraju formiraju za širenje u slobodnom prostoru. Vođene i slobodne svemirske valove možemo usporediti s vodenim valovima, koji mogu biti uzrokovani kamenom bačenim u mirnu vodu ili na druge načine. Kada poremećaj u vodi započne, vodeni valovi se generiraju i počinju se širiti prema van. Čak i ako poremećaj prestane, valovi ne prestaju nego se nastavljaju širiti prema naprijed. Ako poremećaj potraje, stalno se stvaraju novi valovi, a širenje tih valova zaostaje za ostalim valovima.
Isto vrijedi i za elektromagnetske valove koje stvaraju električne smetnje. Ako je početna električna smetnja iz izvora kratkotrajna, generirani elektromagnetski valovi šire se unutar dalekovoda, zatim ulaze u antenu i na kraju zrače kao valovi u slobodnom prostoru, iako pobuda više nije prisutna (baš kao valovi vode i poremećaj koji su stvorili). Ako je električna smetnja kontinuirana, elektromagnetski valovi postoje kontinuirano i slijede ih usko iza njih tijekom širenja, kao što je prikazano na bikoničnoj anteni prikazanoj na slici 5. Kada su elektromagnetski valovi unutar dalekovoda i antena, njihovo postojanje je povezano s postojanjem električne naboj unutar vodiča. Međutim, kada se valovi zrače, oni formiraju zatvorenu petlju i ne postoji naknada za njihovo postojanje. To nas navodi na zaključak da:
Pobuda polja zahtijeva ubrzanje i usporavanje naboja, ali održavanje polja ne zahtijeva ubrzavanje i usporavanje naboja.
Slika 5
3. Dipolno zračenje
Pokušavamo objasniti mehanizam kojim se linije električnog polja odvajaju od antene i tvore valove slobodnog prostora, a kao primjer uzimamo dipolnu antenu. Iako je to pojednostavljeno objašnjenje, ono također omogućuje ljudima da intuitivno vide generiranje valova slobodnog prostora. Slika 6(a) prikazuje linije električnog polja generirane između dva kraka dipola kada se linije električnog polja pomaknu prema van za λ∕4 u prvoj četvrtini ciklusa. Za ovaj primjer, pretpostavimo da je broj formiranih linija električnog polja 3. U sljedećoj četvrtini ciklusa, izvorne tri linije električnog polja pomiču se još λ∕4 (ukupno λ∕2 od početne točke), a gustoća naboja na vodiču se počinje smanjivati. Može se smatrati da nastaje uvođenjem suprotnih naboja, koji poništavaju naboje na vodiču na kraju prve polovice ciklusa. Linije električnog polja koje stvaraju suprotni naboji su 3 i pomiču se na udaljenost od λ/4, što je prikazano točkastim linijama na slici 6(b).
Konačni rezultat je da postoje tri linije električnog polja prema dolje u prvoj udaljenosti λ/4 i isti broj linija električnog polja prema gore u drugoj udaljenosti λ/4. Budući da na anteni nema neto naboja, linije električnog polja moraju se odvojiti od vodiča i spojiti u zatvorenu petlju. To je prikazano na slici 6(c). U drugom poluvremenu slijedi isti fizički proces, ali imajte na umu da je smjer suprotan. Nakon toga se proces ponavlja i nastavlja beskonačno, formirajući distribuciju električnog polja sličnu slici 4.
Slika 6
Da biste saznali više o antenama, posjetite:
Vrijeme objave: 20. lipnja 2024
