Cand vine vorba deantene, întrebarea de care oamenii sunt cel mai preocupați este „Cum se realizează de fapt radiația?”Cum se propagă câmpul electromagnetic generat de sursa de semnal prin linia de transmisie și în interiorul antenei și, în cele din urmă, „se separă” de antenă pentru a forma o undă în spațiu liber.
1. Radiație cu un singur fir
Să presupunem că densitatea de sarcină, exprimată ca qv (Coulomb/m3), este distribuită uniform într-un fir circular cu o zonă a secțiunii transversale de a și un volum de V, așa cum se arată în figura 1.
figura 1
Sarcina totală Q în volumul V se mișcă în direcția z cu o viteză uniformă Vz (m/s).Se poate dovedi că densitatea de curent Jz pe secțiunea transversală a firului este:
Jz = qv vz （1）
Dacă firul este alcătuit dintr-un conductor ideal, densitatea de curent Js pe suprafața firului este:
Js = qs vz （2）
Unde qs este densitatea de sarcină la suprafață.Dacă firul este foarte subțire (ideal, raza este 0), curentul din fir poate fi exprimat astfel:
Iz = ql vz (3)
Unde ql (coulomb/metru) este sarcina pe unitatea de lungime.
Ne preocupă în principal firele subțiri, iar concluziile se aplică celor trei cazuri de mai sus.Dacă curentul variază în timp, derivata formulei (3) în raport cu timpul este următoarea:
(4)
az este accelerația sarcinii.Dacă lungimea firului este l, (4) se poate scrie după cum urmează:
(5)
Ecuația (5) este relația de bază dintre curent și sarcină și, de asemenea, relația de bază a radiației electromagnetice.Mai simplu spus, pentru a produce radiație, trebuie să existe un curent care variază în timp sau o accelerație (sau decelerare) a sarcinii.De obicei menționăm curent în aplicațiile armonice de timp, iar încărcarea este cel mai adesea menționată în aplicațiile tranzitorii.Pentru a produce o accelerare a sarcinii (sau decelerare), firul trebuie să fie îndoit, pliat și discontinuu.Când sarcina oscilează în mișcare armonică în timp, va produce, de asemenea, o accelerare (sau decelerare) periodică a sarcinii sau un curent care variază în timp.Prin urmare:
1) Dacă sarcina nu se mișcă, nu va exista curent și nici radiație.
2) Dacă sarcina se mișcă cu o viteză constantă:
A.Dacă firul este drept și de lungime infinită, nu există radiație.
b.Dacă firul este îndoit, pliat sau discontinuu, așa cum se arată în Figura 2, există radiație.
3) Dacă sarcina oscilează în timp, sarcina va radia chiar dacă firul este drept.
Figura 2
O înțelegere calitativă a mecanismului de radiație poate fi obținută analizând o sursă de impulsuri conectată la un fir deschis care poate fi împământat printr-o sarcină la capătul său deschis, așa cum se arată în Figura 2(d).Când firul este alimentat inițial, sarcinile (electronii liberi) din fir sunt puse în mișcare de liniile de câmp electric generate de sursă.Pe măsură ce sarcinile sunt accelerate la capătul sursei firului și decelerate (accelerație negativă față de mișcarea inițială) atunci când sunt reflectate la capătul său, un câmp de radiație este generat la capete și de-a lungul restului firului.Accelerația sarcinilor este realizată de o sursă externă de forță care pune sarcinile în mișcare și produce câmpul de radiație asociat.Decelerația sarcinilor la capetele firului este realizată de forțele interne asociate câmpului indus, care este cauzată de acumularea de sarcini concentrate la capetele firului.Forțele interne câștigă energie din acumularea de sarcină pe măsură ce viteza acesteia scade la zero la capetele firului.Prin urmare, accelerarea sarcinilor datorată excitației câmpului electric și decelerația sarcinilor datorită discontinuității sau curbei netede a impedanței firului sunt mecanismele de generare a radiației electromagnetice.Deși atât densitatea de curent (Jc) cât și densitatea de sarcină (qv) sunt termeni sursă în ecuațiile lui Maxwell, sarcina este considerată a fi o mărime mai fundamentală, în special pentru câmpurile tranzitorii.Deși această explicație a radiațiilor este folosită în principal pentru stările tranzitorii, poate fi folosită și pentru a explica radiația în starea de echilibru.
Recomand câteva excelenteproduse de antenăprodus deRFMISO:
RM-TCR406,4
RM-BCA082-4（0,8-2GHz)
RM-SWA910-22(9-10GHz)
2. Radiație cu două fire
Conectați o sursă de tensiune la o linie de transmisie cu doi conductori conectată la o antenă, așa cum se arată în Figura 3(a).Aplicarea tensiunii la linia cu două fire generează un câmp electric între conductori.Liniile de câmp electric acționează asupra electronilor liberi (separați ușor de atomi) conectați la fiecare conductor și îi obligă să se miște.Mișcarea sarcinilor generează curent, care la rândul său generează un câmp magnetic.
Figura 3
Am acceptat că liniile câmpului electric încep cu sarcini pozitive și se termină cu sarcini negative.Desigur, pot începe și cu sarcini pozitive și se termină la infinit;sau începe la infinit și se termină cu sarcini negative;sau formează bucle închise care nu încep și nici nu se termină cu nicio încărcare.Liniile de câmp magnetic formează întotdeauna bucle închise în jurul conductorilor care transportă curent, deoarece nu există sarcini magnetice în fizică.În unele formule matematice, sunt introduse sarcini magnetice echivalente și curenți magnetici pentru a arăta dualitatea dintre soluțiile care implică putere și surse magnetice.
Liniile de câmp electric trasate între doi conductori ajută la arătarea distribuției sarcinii.Dacă presupunem că sursa de tensiune este sinusoidală, ne așteptăm ca și câmpul electric dintre conductori să fie sinusoidal cu o perioadă egală cu cea a sursei.Mărimea relativă a intensității câmpului electric este reprezentată de densitatea liniilor câmpului electric, iar săgețile indică direcția relativă (pozitivă sau negativă).Generarea de câmpuri electrice și magnetice care variază în timp între conductori formează o undă electromagnetică care se propagă de-a lungul liniei de transmisie, așa cum se arată în Figura 3(a).Unda electromagnetică intră în antenă cu sarcina și curentul corespunzător.Dacă înlăturăm o parte din structura antenei, așa cum se arată în Figura 3(b), se poate forma o undă în spațiu liber prin „conectarea” capetelor deschise ale liniilor de câmp electric (indicate de liniile punctate).Unda din spațiul liber este de asemenea periodică, dar punctul de fază constantă P0 se deplasează spre exterior cu viteza luminii și parcurge o distanță de λ/2 (până la P1) într-o jumătate de perioadă de timp.În apropierea antenei, punctul cu fază constantă P0 se mișcă mai repede decât viteza luminii și se apropie de viteza luminii în punctele îndepărtate de antenă.Figura 4 prezintă distribuția câmpului electric în spațiul liber al antenei λ∕2 la t = 0, t/8, t/4 și 3T/8.
Figura 4 Distribuția câmpului electric în spațiu liber al antenei λ∕2 la t = 0, t/8, t/4 și 3T/8
Nu se știe cum undele ghidate sunt separate de antenă și, în cele din urmă, se formează pentru a se propaga în spațiul liber.Putem compara undele de spațiu ghidat și liber cu undele de apă, care pot fi cauzate de o piatră scăpată într-un corp de apă calm sau în alte moduri.Odată ce perturbarea apei începe, se generează valuri de apă și încep să se propagă spre exterior.Chiar dacă perturbarea se oprește, undele nu se opresc, ci continuă să se propage înainte.Dacă perturbarea persistă, se generează în mod constant valuri noi, iar propagarea acestor unde rămâne în urmă cu celelalte unde.
Același lucru este valabil și pentru undele electromagnetice generate de perturbații electrice.Dacă perturbația electrică inițială de la sursă este de scurtă durată, undele electromagnetice generate se propagă în interiorul liniei de transmisie, apoi intră în antenă și, în final, radiază ca unde de spațiu liber, chiar dacă excitația nu mai este prezentă (la fel ca undele de apă). și tulburările pe care le-au creat).Dacă perturbația electrică este continuă, undele electromagnetice există continuu și urmează îndeaproape în urma lor în timpul propagării, așa cum se arată în antena biconică prezentată în Figura 5. Când undele electromagnetice sunt în interiorul liniilor de transmisie și a antenelor, existența lor este legată de existența electrică. sarcină în interiorul conductorului.Cu toate acestea, atunci când undele sunt radiate, ele formează o buclă închisă și nu există nicio sarcină care să le mențină existența.Aceasta ne conduce la concluzia că:
Excitarea câmpului necesită accelerare și decelerare a încărcăturii, dar întreținerea câmpului nu necesită accelerarea și decelerația încărcăturii.
Figura 5
3. Radiația dipolară
Încercăm să explicăm mecanismul prin care liniile câmpului electric se desprind de antenă și formează unde în spațiul liber și luăm ca exemplu antena dipol.Deși este o explicație simplificată, le permite oamenilor să vadă intuitiv generarea undelor din spațiul liber.Figura 6(a) arată liniile de câmp electric generate între cele două brațe ale dipolului atunci când liniile de câmp electric se deplasează spre exterior cu λ∕4 în primul sfert al ciclului.Pentru acest exemplu, să presupunem că numărul de linii de câmp electric formate este 3. În următorul sfert de ciclu, cele trei linii de câmp electric inițiale se deplasează încă λ∕4 (un total de λ∕2 de la punctul de plecare), iar densitatea de sarcină pe conductor începe să scadă.Poate fi considerat a fi format prin introducerea unor sarcini opuse, care anulează sarcinile pe conductor la sfârșitul primei jumătăți a ciclului.Liniile de câmp electric generate de sarcinile opuse sunt 3 și se deplasează pe o distanță de λ∕4, care este reprezentată de liniile punctate din Figura 6(b).
Rezultatul final este că există trei linii de câmp electric în jos pe prima distanță λ∕4 și același număr de linii de câmp electric în sus pe a doua distanță λ∕4.Deoarece nu există nicio sarcină netă pe antenă, liniile câmpului electric trebuie forțate să se separe de conductor și să se combine împreună pentru a forma o buclă închisă.Acest lucru este prezentat în Figura 6(c).În a doua jumătate, se urmează același proces fizic, dar rețineți că direcția este opusă.După aceea, procesul se repetă și continuă la nesfârșit, formând o distribuție a câmpului electric similar cu figura 4.
Figura 6
Pentru a afla mai multe despre antene, vă rugăm să vizitați:
Ora postării: 20-jun-2024
