Калі справа даходзіць даантэны, пытанне, якое больш за ўсё хвалюе людзей: "Як на самой справе дасягаецца радыяцыя?" Як электрамагнітнае поле, якое ствараецца крыніцай сігналу, распаўсюджваецца па лініі перадачы і ўнутры антэны і, нарэшце, "аддзяляецца" ад антэны, утвараючы свабодную касмічную хвалю.
1. Аднаправоднае выпраменьванне
Выкажам здагадку, што шчыльнасць зарада, выражаная як qv (кулон/м3), раўнамерна размеркавана ў круглым дроце з плошчай папярочнага сячэння a і аб'ёмам V, як паказана на малюнку 1.
Малюнак 1
Агульны зарад Q у аб'ёме V рухаецца ў напрамку z з аднастайнай хуткасцю Vz (м/с). Можна даказаць, што шчыльнасць току Jz на папярочным сячэнні провада роўна:
Jz = qv vz （1）
Калі провад зроблены з ідэальнага правадніка, то шчыльнасць току Js на паверхні дроту роўная:
Js = qs vz （2）
Дзе qs - павярхоўная шчыльнасць зарада. Калі провад вельмі тонкі (у ідэале радыус роўны 0), сілу току ў дроце можна выказаць як:
Iz = ql vz (3)
Дзе ql (кулон/метр) — зарад на адзінку даўжыні.
Мы ў асноўным занепакоеныя тонкімі правадамі, і высновы адносяцца да трох вышэйзгаданых выпадкаў. Калі ток змяняецца ў часе, то вытворная формулы (3) па часе выглядае наступным чынам:
（4）
az - паскарэнне зарада. Калі даўжыня дроту роўная l, (4) можна запісаць наступным чынам:
（5）
Ураўненне (5) з'яўляецца асноўнай залежнасцю паміж токам і зарадам, а таксама асноўнай залежнасцю электрамагнітнага выпраменьвання. Прасцей кажучы, каб вырабляць выпраменьванне, павінен існаваць зменлівы ў часе ток або паскарэнне (ці запаволенне) зарада. Мы звычайна згадваем ток у гарманічных прыкладаннях, а зарад часцей за ўсё згадваецца ў пераходных праграмах. Для таго, каб вырабіць паскарэнне (ці запаволенне) зарада, дрот павінен быць сагнутым, складзеным і разрывістым. Калі зарад вагаецца ў гармонічным з часам руху, ён таксама будзе ствараць перыядычнае паскарэнне (ці запаволенне) зарада або ток, які змяняецца ў часе. Таму:
1) Калі зарад не рухаецца, току і выпраменьвання не будзе.
2) Калі зарад рухаецца з пастаяннай хуткасцю:
а. Калі провад прамы і бясконцай даўжыні, выпраменьвання няма.
б. Калі дрот сагнуты, сагнуты або перарывісты, як паказана на малюнку 2, ёсць выпраменьванне.
3) Калі зарад з часам вагаецца, зарад будзе выпраменьвацца, нават калі провад прамы.
Малюнак 2
Якаснае разуменне механізму выпраменьвання можна атрымаць, паглядзеўшы на імпульсную крыніцу, злучаную з адкрытым провадам, які можна зазямліць праз нагрузку на адкрытым канцы, як паказана на малюнку 2(d). Калі провад першапачаткова знаходзіцца пад напругай, зарады (свабодныя электроны) у дроце прыводзяцца ў рух сілавымі лініямі электрычнага поля, якія ствараюцца крыніцай. Па меры таго, як зарады паскараюцца на канцы дроту з крыніцай і запавольваюцца (адмоўнае паскарэнне адносна першапачатковага руху) пры адлюстраванні на яго канцы, поле выпраменьвання генеруецца на яго канцах і ўздоўж астатняй часткі дроту. Паскарэнне зарадаў ажыццяўляецца знешняй крыніцай сілы, якая прыводзіць зарады ў рух і стварае звязанае з імі поле выпраменьвання. Запаволенне зарадаў на канцах дроту ажыццяўляецца ўнутранымі сіламі, звязанымі з наведзеным полем, якое выклікаецца назапашваннем канцэнтраваных зарадаў на канцах дроту. Унутраныя сілы атрымліваюць энергію ад назапашвання зарада, калі яго хуткасць памяншаецца да нуля на канцах дроту. Такім чынам, паскарэнне зарадаў з-за ўзбуджэння электрычнага поля і запаволенне зарадаў з-за разрыву або плыўнай крывой імпедансу правадоў з'яўляюцца механізмамі генерацыі электрамагнітнага выпраменьвання. Хоць і шчыльнасць току (Jc), і шчыльнасць зарада (qv) з'яўляюцца зыходнымі тэрмінамі ва ўраўненнях Максвела, зарад лічыцца больш фундаментальнай велічынёй, асабліва для пераходных палёў. Хоць гэта тлумачэнне выпраменьвання ў асноўным выкарыстоўваецца для пераходных станаў, яно таксама можа быць выкарыстана для тлумачэння стацыянарнага выпраменьвання.
Рэкамендуем некалькі выдатныхантэнныя вырабывытворчасціRFMISO:
RM-TCR406.4
RM-BCA082-4 (0,8-2 ГГц)
RM-SWA910-22 (9-10 Ггц)
2. Двухправоднае выпраменьванне
Падключыце крыніцу напружання да двухправадной лініі перадачы, падлучанай да антэны, як паказана на малюнку 3(a). Пры падачы напругі на двухправадную лінію паміж праваднікамі ўзнікае электрычнае поле. Лініі электрычнага поля дзейнічаюць на свабодныя электроны (лёгка аддзяляюцца ад атамаў), звязаныя з кожным правадніком, і прымушаюць іх рухацца. Рух зарадаў стварае ток, які, у сваю чаргу, стварае магнітнае поле.
Малюнак 3
Мы прызналі, што лініі электрычнага поля пачынаюцца з станоўчых зарадаў і заканчваюцца адмоўнымі. Вядома, яны таксама могуць пачынацца з станоўчых зарадаў і заканчвацца ў бясконцасці; або пачынаюцца ў бясконцасці і заканчваюцца адмоўнымі зарадамі; або ўтвараюць замкнёныя цыклы, якія не пачынаюцца і не заканчваюцца ніякімі зарадамі. Лініі магнітнага поля заўсёды ўтвараюць замкнёныя контуры вакол праваднікоў з токам, таму што ў фізіцы няма магнітных зарадаў. У некаторых матэматычных формулах уводзяцца эквівалентныя магнітныя зарады і магнітныя токі, каб паказаць дваістасць паміж рашэннямі, звязанымі з сілавымі і магнітнымі крыніцамі.
Лініі электрычнага поля, праведзеныя паміж двума праваднікамі, дапамагаюць паказаць размеркаванне зарада. Калі мы мяркуем, што крыніца напружання мае сінусоідную форму, мы чакаем, што электрычнае поле паміж праваднікамі таксама будзе сінусоідным з перыядам, роўным перыяду крыніцы. Адносная велічыня напружанасці электрычнага поля адлюстроўваецца шчыльнасцю ліній электрычнага поля, а стрэлкі паказваюць адносны кірунак (дадатны або адмоўны). Генерацыя зменлівых у часе электрычных і магнітных палёў паміж праваднікамі ўтварае электрамагнітную хвалю, якая распаўсюджваецца ўздоўж лініі перадачы, як паказана на малюнку 3(a). Электрамагнітная хваля паступае ў антэну з зарадам і адпаведным токам. Калі мы выдалім частку канструкцыі антэны, як паказана на малюнку 3(b), хваля свабоднай прасторы можа ўтварыцца шляхам "злучэння" адкрытых канцоў ліній электрычнага поля (паказана пункцірам). Хваля вольнай прасторы таксама перыядычная, але кропка пастаяннай фазы P0 рухаецца вонкі са хуткасцю святла і праходзіць адлегласць λ/2 (да P1) за палову перыяду часу. Побач з антэнай кропка пастаяннай фазы P0 рухаецца хутчэй за хуткасць святла і набліжаецца да хуткасці святла ў кропках, далёкіх ад антэны. На малюнку 4 паказана размеркаванне электрычнага поля ў вольнай прасторы антэны λ/2 пры t = 0, t/8, t/4 і 3T/8.
Малюнак 4. Размеркаванне электрычнага поля ў вольнай прасторы антэны λ/2 пры t = 0, t/8, t/4 і 3T/8
Невядома, як кіраваныя хвалі аддзяляюцца ад антэны і ў канчатковым выніку фарміруюцца для распаўсюджвання ў вольнай прасторы. Мы можам параўнаць кіраваныя і свабодныя касмічныя хвалі з воднымі хвалямі, якія могуць быць выкліканыя каменем, упушчаным у спакойную ваду, або іншымі спосабамі. Як толькі пачынаецца хваляванне ў вадзе, утвараюцца водныя хвалі, якія пачынаюць распаўсюджвацца вонкі. Нават калі абурэнне спыняецца, хвалі не спыняюцца, а працягваюць распаўсюджвацца наперад. Калі абурэнне захоўваецца, пастаянна ўзнікаюць новыя хвалі, і распаўсюджванне гэтых хваль адстае ад іншых хваль.
Тое ж самае справядліва і для электрамагнітных хваль, якія ствараюцца электрычнымі перашкодамі. Калі першапачатковыя электрычныя перашкоды ад крыніцы кароткачасовыя, утвораныя электрамагнітныя хвалі распаўсюджваюцца ўнутры лініі перадачы, затым трапляюць у антэну і, нарэшце, выпраменьваюцца ў выглядзе свабодных прасторавых хваль, нават калі ўзбуджэння больш няма (гэтак жа, як хвалі вады і беспарадкі, якія яны стварылі). Калі электрычныя перашкоды бесперапынныя, электрамагнітныя хвалі існуюць бесперапынна і ідуць за імі падчас распаўсюджвання, як паказана на біканічнай антэне, паказанай на малюнку 5. Калі электрамагнітныя хвалі знаходзяцца ўнутры ліній перадачы і антэн, іх існаванне звязана з існаваннем электрычнага зарад ўнутры правадыра. Аднак, калі хвалі выпраменьваюцца, яны ўтвараюць замкнёны контур, і іх існаванне не спаганяецца. Гэта прыводзіць нас да высновы, што:
Узбуджэнне поля патрабуе паскарэння і запаволення зарада, але падтрыманне поля не патрабуе паскарэння і запаволення зарада.
Малюнак 5
3. Дыпольныя выпраменьванне
Мы спрабуем растлумачыць механізм, з дапамогай якога лініі электрычнага поля адрываюцца ад антэны і ўтвараюць хвалі вольнай прасторы, і возьмем у якасці прыкладу дыпольную антэну. Нягледзячы на тое, што гэта спрошчанае тлумачэнне, яно таксама дазваляе людзям інтуітыўна бачыць генерацыю хваляў вольнай прасторы. На малюнку 6(a) паказаны лініі электрычнага поля, якія ўзнікаюць паміж двума плячамі дыполя, калі лініі электрычнага поля рухаюцца вонкі на λ/4 у першай чвэрці цыкла. Для гэтага прыкладу выкажам здагадку, што колькасць утвораных ліній электрычнага поля роўная 3. У наступнай чвэрці цыклу тры зыходныя лініі электрычнага поля перамяшчаюцца яшчэ на λ∕4 (усяго на λ∕2 ад пачатковай кропкі), і шчыльнасць зарада на правадніку пачынае змяншацца. Яго можна лічыць утвораным увядзеннем процілеглых зарадаў, якія кампенсуюць зарады на правадніку ў канцы першай паловы цыкла. Лініі электрычнага поля, створаныя супрацьлеглымі зарадамі, роўныя 3 і перамяшчаюцца на адлегласць λ/4, што паказана пункцірам на малюнку 6(b).
Канчатковым вынікам з'яўляецца тое, што ёсць тры накіраваныя ўніз лініі электрычнага поля на першай адлегласці λ∕4 і такая ж колькасць накіраваных уверх ліній электрычнага поля на другой адлегласці λ/4. Паколькі на антэне няма чыстага зарада, лініі электрычнага поля павінны быць вымушаны аддзяліцца ад правадніка і аб'яднацца, каб утварыць замкнёны контур. Гэта паказана на малюнку 6(c). У другой палове адбываецца той жа фізічны працэс, але звярніце ўвагу, што кірунак супрацьлеглы. Пасля гэтага працэс паўтараецца і працягваецца бясконца, утвараючы размеркаванне электрычнага поля, падобнае на малюнак 4.
Малюнак 6
Каб даведацца больш пра антэны, наведайце:
Час публікацыі: 20 чэрвеня 2024 г
