Amikor arra kerül sorantennák, az a kérdés, amely az embereket leginkább aggasztja: "Hogyan érhető el valójában a sugárzás?"Hogyan terjed a jelforrás által generált elektromágneses tér az átviteli vonalon és az antennán belül, végül "leválik" az antennáról és szabad térhullámot képez.
1. Egyvezetékes sugárzás
Tegyük fel, hogy a qv-ben (Coulomb/m3) kifejezett töltéssűrűség egyenletesen oszlik el egy a keresztmetszeti területű és V térfogatú körhuzalban, amint az az 1. ábrán látható.
1.ábra
A V térfogatban lévő Q teljes töltés egyenletes Vz (m/s) sebességgel mozog z irányba.Bizonyítható, hogy a Jz áramsűrűség a vezeték keresztmetszetén:
Jz = qv vz （1)
Ha a vezeték ideális vezetőből készül, a Js áramsűrűség a vezeték felületén:
Js = qs vz （2)
Ahol qs a felületi töltéssűrűség.Ha a vezeték nagyon vékony (ideális esetben a sugár 0), a vezetékben lévő áram a következőképpen fejezhető ki:
Iz = ql vz (3)
Ahol ql (coulomb/méter) az egységnyi hosszra eső díj.
Elsősorban vékony vezetékekkel foglalkozunk, és a következtetések a fenti három esetre vonatkoznak.Ha az áram időben változó, akkor a (3) képlet időbeli deriváltja a következő:
(4)
az a töltésgyorsulás.Ha a vezeték hossza l, a (4) a következőképpen írható fel:
(5)
Az (5) egyenlet az áram és a töltés közötti alapvető összefüggés, valamint az elektromágneses sugárzás alapvető összefüggése.Egyszerűen fogalmazva, a sugárzás előállításához időben változó áramnak vagy töltési gyorsulásnak (vagy lassulásnak) kell lennie.Az időharmonikus alkalmazásoknál általában az áramot említjük, a tranziens alkalmazásoknál pedig a töltést.A töltésgyorsítás (vagy lassulás) előidézése érdekében a vezetéket meg kell hajlítani, össze kell hajtani és szakadatlannak kell lennie.Amikor a töltés időharmonikus mozgásban oszcillál, időszakos töltésgyorsulást (vagy lassulást) vagy időben változó áramot is generál.Ebből adódóan:
1) Ha a töltés nem mozog, nem lesz áram és sugárzás.
2) Ha a töltés állandó sebességgel mozog:
a.Ha a vezeték egyenes és végtelen hosszú, akkor nincs sugárzás.
b.Ha a huzal meg van hajlítva, össze van hajtva, vagy nem folytonos, amint az a 2. ábrán látható, sugárzás lép fel.
3) Ha a töltés idővel oszcillál, a töltés akkor is kisugárzik, ha a vezeték egyenes.
2. ábra
A sugárzási mechanizmus minőségi megértéséhez egy nyitott vezetékhez csatlakoztatott impulzusforrást tekinthetünk meg, amely a nyitott végén lévő terhelésen keresztül földelhető, amint az a 2(d) ábrán látható.Amikor a vezetéket kezdetben feszültség alá helyezik, a töltéseket (szabad elektronokat) a vezetékben a forrás által generált elektromos térvonalak mozgásba hozzák.Mivel a töltések felgyorsulnak a vezeték forrás végén, és lelassulnak (negatív gyorsulás az eredeti mozgáshoz képest), amikor a végén visszaverődnek, sugárzási mező keletkezik a huzal végein és a vezeték többi része mentén.A töltések felgyorsítását egy külső erőforrás végzi, amely mozgásba hozza a töltéseket és létrehozza a hozzá tartozó sugárzási teret.A töltések lelassítása a huzal végén az indukált térrel járó belső erők hatására történik, amelyet a huzal végein koncentrált töltések felhalmozódása okoz.A belső erők a töltés felhalmozódásából nyernek energiát, mivel sebessége a huzal végén nullára csökken.Ezért az elektromágneses sugárzás generálásának mechanizmusa az elektromos térgerjesztésből adódó töltések gyorsulása és a vezetékimpedancia folytonossági hiánya vagy sima görbéje miatti töltések lassulása.Bár mind az áramsűrűség (Jc), mind a töltéssűrűség (qv) forrásfogalom a Maxwell-egyenletekben, a töltést alapvetőbb mennyiségnek tekintik, különösen a tranziens mezők esetében.Bár a sugárzásnak ezt a magyarázatát főként átmeneti állapotokra használják, az állandósult állapotú sugárzás magyarázatára is használható.
Ajánlom több kiválóantenna termékekkészítetteRFMISO:
RM-TCR406.4
RM-BCA082-4 (0,8-2 GHz)
RM-SWA910-22 (9-10 GHz)
2. Kétvezetékes sugárzás
Csatlakoztasson egy feszültségforrást egy antennához csatlakoztatott kétvezetős átviteli vezetékhez, a 3(a) ábrán látható módon.A kétvezetékes vezeték feszültségének alkalmazása elektromos mezőt hoz létre a vezetők között.Az elektromos térerővonalak az egyes vezetőkhöz kapcsolódó (az atomoktól könnyen elválasztható) szabad elektronokra hatnak, és mozgásra kényszerítik őket.A töltések mozgása áramot generál, ami viszont mágneses teret hoz létre.
3. ábra
Elfogadtuk, hogy az elektromos erővonalak pozitív töltésekkel kezdődnek és negatív töltésekkel végződnek.Természetesen kezdődhetnek pozitív töltéssel is, és a végtelenben végződhetnek;vagy a végtelenben kezdődik és negatív töltésekkel fejeződik be;vagy zárt hurkokat alkotnak, amelyek nem kezdődnek és nem is végződnek töltéssel.A mágneses erővonalak mindig zárt hurkokat képeznek az áramvezetők körül, mert a fizikában nincsenek mágneses töltések.Egyes matematikai képletekben ekvivalens mágneses töltéseket és mágneses áramokat vezetnek be, hogy megmutassák a kettősséget a teljesítmény és a mágneses források megoldásai között.
A két vezető közé húzott elektromos térerősség segít a töltéseloszlás bemutatásában.Ha feltételezzük, hogy a feszültségforrás szinuszos, akkor azt várjuk, hogy a vezetők közötti elektromos tér is szinuszos, a forrás periódusával egyenlő.Az elektromos térerősség relatív nagyságát az elektromos térerővonalak sűrűsége jelzi, a nyilak pedig a relatív irányt (pozitív vagy negatív).A vezetők közötti időben változó elektromos és mágneses mezők generálása elektromágneses hullámot képez, amely az átviteli vonal mentén terjed, ahogy az a 3(a) ábrán látható.Az elektromágneses hullám a töltéssel és a megfelelő árammal belép az antennába.Ha eltávolítjuk az antenna szerkezetének egy részét, ahogy a 3(b) ábrán látható, szabad térhullám képződhet az elektromos térerővonalak nyitott végeinek "összekapcsolásával" (amit a szaggatott vonalak mutatnak).A szabadtér hulláma is periodikus, de az állandó fázisú P0 pont fénysebességgel kifelé mozdul, és fél idő alatt λ/2 távolságot tesz meg (P1-ig).Az antenna közelében az állandó fázisú P0 pont gyorsabban mozog, mint a fénysebesség, és az antennától távolabbi pontokban megközelíti a fénysebességet.A 4. ábra a λ∕2 antenna szabad térbeli elektromos téreloszlását mutatja t = 0, t/8, t/4 és 3T/8 mellett.
4. ábra A λ∕2 antenna szabad tér elektromos téreloszlása t = 0, t/8, t/4 és 3T/8 mellett
Nem ismert, hogy a vezetett hullámok hogyan válnak el az antennától, és végül hogyan alakulnak ki, hogy szabad térben terjedjenek.Az irányított és szabad űrhullámokat a vízhullámokhoz hasonlíthatjuk, melyeket nyugodt vízbe ejtett kő vagy más módon okozhat.Amint a zavarás a vízben elkezdődik, vízhullámok keletkeznek, amelyek elkezdenek terjedni kifelé.Még ha a zavar megszűnik is, a hullámok nem állnak meg, hanem tovább terjednek előre.Ha a zavar továbbra is fennáll, folyamatosan új hullámok keletkeznek, és ezeknek a hullámoknak a terjedése elmarad a többi hullámtól.
Ugyanez igaz az elektromos zavarok által keltett elektromágneses hullámokra is.Ha a forrásból eredő kezdeti elektromos zavar rövid ideig tart, a keletkező elektromágneses hullámok az átviteli vezetéken belül terjednek, majd az antennába jutnak, és végül szabad térhullámokként sugároznak, még akkor is, ha a gerjesztés már nincs jelen (akárcsak a vízhullámok). és az általuk okozott zavar).Ha az elektromos zavar folyamatos, akkor az elektromágneses hullámok folyamatosan léteznek, és szorosan követik őket a terjedés során, amint az az 5. ábrán látható bikónikus antennán látható. Ha az elektromágneses hullámok az átviteli vezetékeken és antennákon belül vannak, akkor létezésük összefügg az elektromos meglétével. töltés a vezető belsejében.A hullámok kisugárzásakor azonban zárt hurkot képeznek, és nincs töltés, amely fenntartaná létezésüket.Ez arra a következtetésre vezet, hogy:
A mező gerjesztéséhez a töltés gyorsítása és lassítása szükséges, de a mező fenntartásához nincs szükség a töltés gyorsítására és lassítására.
5. ábra
3. Dipólussugárzás
Megpróbáljuk elmagyarázni azt a mechanizmust, amellyel az elektromos térvonalak elszakadnak az antennától és szabad térhullámokat képeznek, és példának vesszük a dipólantennát.Bár ez egy leegyszerűsített magyarázat, lehetővé teszi az emberek számára, hogy intuitív módon lássák a szabad űrhullámok keletkezését.A 6(a) ábra a dipólus két karja között keletkező elektromos erővonalakat mutatja, amikor az elektromos erővonalak λ∕4-gyel kifelé mozognak a ciklus első negyedében.Ebben a példában tegyük fel, hogy a kialakult elektromos erővonalak száma 3. A ciklus következő negyedében az eredeti három elektromos erővonal további λ∕4-et mozdít el (összesen λ∕2-t a kezdőponttól). és a vezető töltéssűrűsége csökkenni kezd.Ellentétes töltések bevezetésével képződöttnek tekinthető, amelyek a ciklus első felének végén kioltják a vezető töltéseit.Az ellentétes töltések által generált elektromos erővonalak 3, és λ∕4 távolságra mozognak, amit a 6(b) ábrán a szaggatott vonalak ábrázolnak.
A végeredmény az, hogy három lefelé irányuló elektromos térerővonal van az első λ∕4 távolságban és ugyanennyi felfelé irányuló elektromos térerővonal a második λ∕4 távolságban.Mivel az antennán nincs nettó töltés, az elektromos térerővonalakat kényszeríteni kell, hogy elváljanak a vezetőtől, és egyesüljenek, hogy zárt hurkot alkossanak.Ezt mutatja a 6(c) ábra.A második felében ugyanazt a fizikai folyamatot követik, de vegye figyelembe, hogy az irány ellentétes.Ezt követően a folyamat megismétlődik és korlátlanul folytatódik, a 4. ábrához hasonló elektromos téreloszlást képezve.
6. ábra
Ha többet szeretne megtudni az antennákról, látogasson el a következő oldalra:
Feladás időpontja: 2024. június 20
