Ko gre zaantene, je vprašanje, ki ljudi najbolj skrbi, "Kako se dejansko doseže sevanje?"Kako se elektromagnetno polje, ki ga ustvari vir signala, širi skozi prenosni vod in znotraj antene ter se končno "loči" od antene in tvori prosti vesoljski val.
1. Enožično sevanje
Predpostavimo, da je gostota naboja, izražena kot qv (Coulomb/m3), enakomerno porazdeljena v krožni žici s površino prečnega prereza a in volumnom V, kot je prikazano na sliki 1.
Slika 1
Skupni naboj Q v prostornini V se giblje v smeri z z enakomerno hitrostjo Vz (m/s).Lahko se dokaže, da je gostota toka Jz na preseku žice:
Jz = qv vz （1）
Če je žica izdelana iz idealnega prevodnika, je gostota toka Js na površini žice:
Js = qs vz （2）
Kjer je qs površinska gostota naboja.Če je žica zelo tanka (v idealnem primeru je polmer 0), lahko tok v žici izrazimo kot:
Iz = ql vz (3)
Kjer je ql (kulon/meter) naboj na enoto dolžine.
Ukvarjamo se predvsem s tankimi žicami, zaključki pa veljajo za zgornje tri primere.Če je tok časovno spremenljiv, je odvod formule (3) glede na čas naslednji:
（4）
az je pospešek naboja.Če je dolžina žice l, lahko (4) zapišemo kot sledi:
（5）
Enačba (5) je osnovno razmerje med tokom in nabojem ter tudi osnovno razmerje elektromagnetnega sevanja.Preprosto povedano, za ustvarjanje sevanja mora obstajati časovno spremenljiv tok ali pospešek (ali upočasnitev) naboja.Običajno omenjamo tok pri časovno harmoničnih aplikacijah, naboj pa največkrat omenjamo pri prehodnih aplikacijah.Da bi povzročili pospešek (ali pojemek) naboja, mora biti žica upognjena, prepognjena in prekinjena.Ko naboj niha v časovno harmoničnem gibanju, bo povzročil tudi periodično pospeševanje (ali upočasnitev) naboja ali časovno spremenljiv tok.Zato:
1) Če se naboj ne premika, ne bo toka in sevanja.
2) Če se naboj giblje s konstantno hitrostjo:
a.Če je žica ravna in neskončno dolga, sevanja ni.
b.Če je žica upognjena, prepognjena ali prekinjena, kot je prikazano na sliki 2, obstaja sevanje.
3) Če naboj sčasoma niha, bo naboj seval tudi, če je žica ravna.
Slika 2
Kvalitativno razumevanje mehanizma sevanja je mogoče doseči, če pogledamo impulzni vir, povezan z odprto žico, ki jo je mogoče ozemljiti prek bremena na njenem odprtem koncu, kot je prikazano na sliki 2(d).Ko je žica na začetku pod napetostjo, se naboji (prosti elektroni) v žici premikajo s silnicami električnega polja, ki jih ustvarja vir.Ko se naboji pospešijo na izvornem koncu žice in upočasnijo (negativni pospešek glede na prvotno gibanje), ko se odbijejo na njegovem koncu, se na njegovih koncih in vzdolž preostalega dela žice ustvari polje sevanja.Pospešek nabojev doseže zunanji vir sile, ki požene naboje v gibanje in ustvari povezano polje sevanja.Upočasnitev nabojev na koncih žice dosežejo notranje sile, povezane z induciranim poljem, ki nastane zaradi kopičenja koncentriranih nabojev na koncih žice.Notranje sile pridobivajo energijo iz kopičenja naboja, ko se njegova hitrost na koncih žice zmanjša na nič.Zato sta pospešek nabojev zaradi vzbujanja električnega polja in upočasnitev nabojev zaradi diskontinuitete ali gladke krivulje impedance žice mehanizma za generiranje elektromagnetnega sevanja.Čeprav sta gostota toka (Jc) in gostota naboja (qv) izvorni člen v Maxwellovih enačbah, se naboj šteje za bolj temeljno količino, zlasti za prehodna polja.Čeprav se ta razlaga sevanja uporablja predvsem za prehodna stanja, se lahko uporablja tudi za razlago sevanja v stabilnem stanju.
Priporočam več odličnihizdelki za anteneproizvajalecRFMISO:
RM-TCR406.4
RM-BCA082-4 (0,8–2 GHz)
RM-SWA910-22 (9-10GHz)
2. Dvožično sevanje
Priključite vir napetosti na dvovodni prenosni vod, povezan z anteno, kot je prikazano na sliki 3(a).Uporaba napetosti na dvožilni liniji ustvari električno polje med vodniki.Silnice električnega polja delujejo na proste elektrone (lahko ločene od atomov), povezane z vsakim prevodnikom, in jih prisilijo, da se premikajo.Gibanje nabojev ustvarja tok, ta pa ustvarja magnetno polje.
Slika 3
Sprejeli smo, da se silnice električnega polja začnejo s pozitivnimi in končajo z negativnimi naboji.Seveda se lahko začnejo tudi s pozitivnimi naboji in končajo v neskončnosti;ali se začnejo v neskončnosti in končajo z negativnimi naboji;ali tvorijo zaprte zanke, ki se niti ne začnejo niti ne končajo z naboji.Magnetne silnice vedno tvorijo zaprte zanke okoli prevodnikov s tokom, ker v fiziki ni magnetnih nabojev.V nekaterih matematičnih formulah so uvedeni enakovredni magnetni naboji in magnetni tokovi, da se prikaže dvojnost med rešitvami, ki vključujejo moč in magnetne vire.
Črte električnega polja, narisane med dvema prevodnikoma, pomagajo prikazati porazdelitev naboja.Če predpostavimo, da je vir napetosti sinusni, pričakujemo, da bo tudi električno polje med vodniki sinusno s periodo, ki je enaka periodi vira.Relativno velikost električne poljske jakosti predstavlja gostota silnic, puščice pa kažejo relativno smer (pozitivno ali negativno).Ustvarjanje časovno spremenljivih električnih in magnetnih polj med vodniki tvori elektromagnetno valovanje, ki se širi vzdolž prenosnega voda, kot je prikazano na sliki 3(a).Elektromagnetno valovanje vstopi v anteno z nabojem in pripadajočim tokom.Če odstranimo del strukture antene, kot je prikazano na sliki 3(b), lahko valovanje prostega prostora nastane s "povezavo" odprtih koncev silnic električnega polja (prikazano s pikčastimi črtami).Tudi val prostega prostora je periodičen, vendar se točka s konstantno fazo P0 premika navzven s svetlobno hitrostjo in prepotuje razdaljo λ/2 (do P1) v polovici časovnega obdobja.V bližini antene se točka s konstantno fazo P0 giblje hitreje od svetlobne hitrosti in se približuje svetlobni hitrosti v točkah, ki so daleč od antene.Slika 4 prikazuje porazdelitev električnega polja v prostem prostoru antene λ/2 pri t = 0, t/8, t/4 in 3T/8.
Slika 4 Porazdelitev električnega polja v prostem prostoru antene λ/2 pri t = 0, t/8, t/4 in 3T/8
Ni znano, kako se vodeni valovi ločijo od antene in na koncu oblikujejo za širjenje v prostem prostoru.Vodeno in prosto vesoljsko valovanje lahko primerjamo z vodnimi valovi, ki jih lahko povzroči kamen, odvržen v mirno vodo ali kako drugače.Ko se začnejo motnje v vodi, se ustvarijo vodni valovi, ki se začnejo širiti navzven.Tudi če motnje prenehajo, se valovi ne ustavijo, ampak se še naprej širijo naprej.Če motnja traja, nastajajo nenehno novi valovi, širjenje teh valov pa zaostaja za drugimi valovi.
Enako velja za elektromagnetne valove, ki jih povzročajo električne motnje.Če je začetna električna motnja iz vira kratkotrajna, se ustvarjeni elektromagnetni valovi širijo znotraj prenosnega voda, nato vstopijo v anteno in končno sevajo kot valovi v prostem prostoru, čeprav vzbujanje ni več prisotno (tako kot vodni valovi in motnje, ki so jih ustvarili).Če so električne motnje neprekinjene, elektromagnetni valovi obstajajo neprekinjeno in jim med širjenjem tesno sledijo, kot je prikazano na bikonični anteni, prikazani na sliki 5. Ko so elektromagnetni valovi znotraj prenosnih vodov in anten, je njihov obstoj povezan z obstojem električnega naboj v prevodniku.Ko pa valovi sevajo, tvorijo zaprto zanko in njihov obstoj ni zaračunan.To nas vodi do zaključka, da:
Vzbujanje polja zahteva pospeševanje in upočasnjevanje naboja, vzdrževanje polja pa ne zahteva pospeševanja in upočasnjevanja naboja.
Slika 5
3. Dipolno sevanje
Poskušamo razložiti mehanizem, s katerim se silnice električnega polja odcepijo od antene in tvorijo valovanje prostega prostora, na primeru dipolne antene.Čeprav gre za poenostavljeno razlago, ljudem omogoča tudi intuitivno opazovanje generiranja valov prostega prostora.Slika 6(a) prikazuje električne silnice, ki nastanejo med obema krakoma dipola, ko se električne silnice premaknejo navzven za λ∕4 v prvi četrtini cikla.Za ta primer predpostavimo, da je število oblikovanih električnih silnic 3. V naslednji četrtini cikla se prvotne tri električne silnice premaknejo še za λ∕4 (skupaj λ∕2 od začetne točke), in gostota naboja na prevodniku se začne zmanjševati.Lahko se šteje, da nastane z vnosom nasprotnih nabojev, ki izničijo naboje na prevodniku ob koncu prve polovice cikla.Električne silnice, ki jih ustvarjajo nasprotni naboji, so 3 in se premikajo za razdaljo λ/4, kar je prikazano s pikčastimi črtami na sliki 6(b).
Končni rezultat je, da so na prvi razdalji λ∕4 tri navzdol obrnjene električne silnice in enako število navzgor navzgor na drugi razdalji λ∕4.Ker na anteni ni neto naboja, je treba silnice električnega polja prisiliti, da se ločijo od prevodnika in združijo v zaprto zanko.To je prikazano na sliki 6(c).V drugi polovici sledi isti fizični proces, vendar upoštevajte, da je smer nasprotna.Nato se postopek ponovi in nadaljuje v nedogled, pri čemer se tvori porazdelitev električnega polja, podobna sliki 4.
Slika 6
Če želite izvedeti več o antenah, obiščite:
Čas objave: 20. junij 2024
