Wanneer dit kom byantennas, die vraag waaroor mense die meeste bekommerd is, is "Hoe word bestraling eintlik bereik?" Hoe versprei die elektromagnetiese veld wat deur die seinbron gegenereer word deur die transmissielyn en binne die antenna, en "skei" uiteindelik van die antenna om 'n vrye ruimtegolf te vorm.
1. Enkeldraadbestraling
Kom ons neem aan dat die ladingsdigtheid, uitgedruk as qv (Coulomb/m3), eenvormig versprei is in 'n sirkelvormige draad met 'n deursnee-area van a en 'n volume van V, soos in Figuur 1 getoon.
Figuur 1
Die totale lading Q in volume V beweeg in die z-rigting teen 'n eenvormige spoed Vz (m/s). Dit kan bewys word dat die stroomdigtheid Jz op die dwarssnit van die draad is:
Jz = qv vz （1）
As die draad van 'n ideale geleier gemaak is, is die stroomdigtheid Js op die draadoppervlak:
Js = qs vz （2）
Waar qs die oppervlakladingdigtheid is. As die draad baie dun is (ideaal gesproke is die radius 0), kan die stroom in die draad uitgedruk word as:
Iz = ql vz (3)
Waar ql (coulomb/meter) die lading per lengte-eenheid is.
Ons is hoofsaaklik gemoeid met dun drade, en die gevolgtrekkings is van toepassing op bogenoemde drie gevalle. As die stroom tyd-variërend is, is die afgeleide van formule (3) met betrekking tot tyd soos volg:
（4）
az is die ladingversnelling. As die draadlengte l is, kan (4) soos volg geskryf word:
（5）
Vergelyking (5) is die basiese verhouding tussen stroom en lading, en ook die basiese verhouding van elektromagnetiese straling. Eenvoudig gestel, om straling te produseer, moet daar 'n tydsveranderende stroom of versnelling (of vertraging) van lading wees. Ons noem gewoonlik stroom in tyd-harmoniese toepassings, en lading word meestal genoem in verbygaande toepassings. Om ladingversnelling (of vertraging) te produseer, moet die draad gebuig, gevou en diskontinu wees. Wanneer die lading in tyd-harmoniese beweging ossilleer, sal dit ook periodieke ladingversnelling (of vertraging) of tydveranderende stroom produseer. Daarom:
1) As die lading nie beweeg nie, sal daar geen stroom en geen straling wees nie.
2) As die lading teen 'n konstante spoed beweeg:
a. As die draad reguit en oneindig lank is, is daar geen straling nie.
b. As die draad gebuig, gevou of diskontinu is, soos in Figuur 2 getoon, is daar bestraling.
3) As die lading oor tyd ossilleer, sal die lading uitstraal al is die draad reguit.
Figuur 2
'n Kwalitatiewe begrip van die bestralingsmeganisme kan verkry word deur na 'n gepulseerde bron te kyk wat aan 'n oop draad gekoppel is wat deur 'n las aan sy oop punt geaard kan word, soos in Figuur 2(d) getoon. Wanneer die draad aanvanklik bekragtig word, word die ladings (vrye elektrone) in die draad aan die gang gesit deur die elektriese veldlyne wat deur die bron gegenereer word. Aangesien die ladings aan die bronkant van die draad versnel en vertraag word (negatiewe versnelling relatief tot die oorspronklike beweging) wanneer dit aan die einde daarvan weerkaats word, word 'n stralingsveld aan sy ente en langs die res van die draad gegenereer. Die versnelling van die ladings word bewerkstellig deur 'n eksterne bron van krag wat die ladings aan die gang sit en die gepaardgaande stralingsveld produseer. Die vertraging van die ladings aan die punte van die draad word bewerkstellig deur interne kragte wat met die geïnduseerde veld geassosieer word, wat veroorsaak word deur die ophoping van gekonsentreerde ladings aan die punte van die draad. Die interne kragte kry energie van die ophoping van lading as die snelheid daarvan afneem tot nul aan die punte van die draad. Daarom is die versnelling van die ladings as gevolg van die elektriese veldopwekking en die vertraging van die ladings as gevolg van die diskontinuïteit of gladde kurwe van die draadimpedansie die meganismes vir die opwekking van elektromagnetiese straling. Alhoewel beide stroomdigtheid (Jc) en ladingsdigtheid (qv) bronterme in Maxwell se vergelykings is, word lading as 'n meer fundamentele grootheid beskou, veral vir verbygaande velde. Alhoewel hierdie verduideliking van bestraling hoofsaaklik vir verbygaande toestande gebruik word, kan dit ook gebruik word om bestendige-toestandstraling te verduidelik.
Beveel verskeie uitstekende aanantenna produktevervaardig deurRFMISO:
RM-TCR406,4
RM-BCA082-4 (0,8-2GHz)
RM-SWA910-22(9-10GHz)
2. Tweedraadbestraling
Koppel 'n spanningsbron aan 'n tweegeleier transmissielyn wat aan 'n antenna gekoppel is, soos in Figuur 3(a) getoon. Die toepassing van spanning op die twee-draadlyn genereer 'n elektriese veld tussen die geleiers. Die elektriese veldlyne werk op die vrye elektrone (maklik geskei van atome) wat aan elke geleier gekoppel is en dwing hulle om te beweeg. Die beweging van ladings genereer stroom, wat weer 'n magnetiese veld genereer.
Figuur 3
Ons het aanvaar dat elektriese veldlyne met positiewe ladings begin en met negatiewe ladings eindig. Hulle kan natuurlik ook met positiewe ladings begin en by oneindig eindig; of begin by oneindigheid en eindig met negatiewe ladings; of vorm geslote lusse wat nie met enige ladings begin of eindig nie. Magnetiese veldlyne vorm altyd geslote lusse rondom stroomdraende geleiers omdat daar geen magnetiese ladings in fisika is nie. In sommige wiskundige formules word ekwivalente magnetiese ladings en magnetiese strome ingevoer om die dualiteit tussen oplossings wat krag en magnetiese bronne behels, aan te toon.
Die elektriese veldlyne wat tussen twee geleiers getrek word, help om die verspreiding van lading aan te toon. As ons aanneem dat die spanningsbron sinusvormig is, verwag ons dat die elektriese veld tussen die geleiers ook sinusvormig sal wees met 'n periode gelykstaande aan dié van die bron. Die relatiewe grootte van die elektriese veldsterkte word verteenwoordig deur die digtheid van die elektriese veldlyne, en die pyle dui die relatiewe rigting aan (positief of negatief). Die opwekking van tydveranderende elektriese en magnetiese velde tussen die geleiers vorm 'n elektromagnetiese golf wat langs die transmissielyn voortplant, soos in Figuur 3(a) getoon. Die elektromagnetiese golf gaan die antenna binne met die lading en die ooreenstemmende stroom. As ons 'n deel van die antennastruktuur verwyder, soos getoon in Figuur 3(b), kan 'n vryruimtegolf gevorm word deur die oop punte van die elektriese veldlyne te "verbind" (getoon deur die stippellyne). Die vryruimtegolf is ook periodiek, maar die konstante-fasepunt P0 beweeg uitwaarts teen die spoed van lig en beweeg 'n afstand van λ/2 (na P1) in 'n halwe tydperk. Naby die antenna beweeg die konstante-fase punt P0 vinniger as die spoed van lig en nader die spoed van lig by punte ver van die antenna af. Figuur 4 toon die vryruimte elektriese veldverspreiding van die λ∕2 antenna by t = 0, t/8, t/4 en 3T/8.
Figuur 4 Vryruimte elektriese veldverspreiding van die λ∕2 antenna by t = 0, t/8, t/4 en 3T/8
Dit is nie bekend hoe die geleide golwe van die antenna geskei word en uiteindelik gevorm word om in vrye ruimte voort te plant nie. Ons kan geleide en vrye ruimtegolwe vergelyk met watergolwe, wat veroorsaak kan word deur 'n klip wat in 'n kalm watermassa laat val het of op ander maniere. Sodra die versteuring in die water begin, word watergolwe opgewek en begin dit na buite voortplant. Selfs al hou die steuring op, stop die golwe nie maar gaan voort om vorentoe te versprei. As die versteuring voortduur, word nuwe golwe voortdurend gegenereer, en die voortplanting van hierdie golwe bly agter die ander golwe.
Dieselfde geld vir elektromagnetiese golwe wat deur elektriese steurings gegenereer word. As die aanvanklike elektriese versteuring van die bron van korte duur is, versprei die elektromagnetiese golwe wat gegenereer word binne die transmissielyn, gaan dan die antenna binne, en straal uiteindelik as vrye ruimtegolwe uit, al is die opwekking nie meer teenwoordig nie (net soos die watergolwe en die steurnis wat hulle geskep het). As die elektriese versteuring aaneenlopend is, bestaan die elektromagnetiese golwe voortdurend en volg hulle kort agter hulle tydens voortplanting, soos getoon in die bikoniese antenna wat in Figuur 5 getoon word. Wanneer elektromagnetiese golwe binne transmissielyne en antennas is, hou hul bestaan verband met die bestaan van elektriese lading binne die geleier. Wanneer die golwe egter uitgestraal word, vorm hulle 'n geslote lus en daar is geen lading om hul bestaan te handhaaf nie. Dit lei ons tot die gevolgtrekking dat:
Opwekking van die veld vereis versnelling en vertraging van die lading, maar instandhouding van die veld vereis nie versnelling en vertraging van die lading nie.
Figuur 5
3. Dipoolbestraling
Ons probeer om die meganisme te verduidelik waardeur die elektriese veldlyne van die antenna wegbreek en vryruimtegolwe vorm, en neem die dipoolantenna as 'n voorbeeld. Alhoewel dit 'n vereenvoudigde verduideliking is, stel dit mense ook in staat om intuïtief die generering van vryruimtegolwe te sien. Figuur 6(a) toon die elektriese veldlyne wat tussen die twee arms van die dipool gegenereer word wanneer die elektriese veldlyne uitwaarts beweeg met λ∕4 in die eerste kwart van die siklus. Vir hierdie voorbeeld, laat ons aanvaar dat die aantal elektriese veldlyne wat gevorm word 3 is. In die volgende kwart van die siklus beweeg die oorspronklike drie elektriese veldlyne nog 'n λ∕4 ('n totaal van λ∕2 vanaf die beginpunt), en die ladingsdigtheid op die geleier begin afneem. Dit kan beskou word as gevorm deur die invoering van teenoorgestelde ladings, wat die ladings op die geleier aan die einde van die eerste helfte van die siklus uitkanselleer. Die elektriese veldlyne wat deur die teenoorgestelde ladings gegenereer word, is 3 en beweeg 'n afstand van λ∕4, wat deur die stippellyne in Figuur 6(b) voorgestel word.
Die finale resultaat is dat daar drie afwaartse elektriese veldlyne in die eerste λ∕4 afstand is en dieselfde aantal opwaartse elektriese veldlyne in die tweede λ∕4 afstand. Aangesien daar geen netto lading op die antenna is nie, moet die elektriese veldlyne gedwing word om van die geleier te skei en saam te kombineer om 'n geslote lus te vorm. Dit word in Figuur 6(c) getoon. In die tweede helfte word dieselfde fisiese proses gevolg, maar let op dat die rigting teenoorgestelde is. Daarna word die proses herhaal en gaan onbepaald voort, wat 'n elektriese veldverspreiding soortgelyk aan Figuur 4 vorm.
Figuur 6
Om meer te wete te kom oor antennas, besoek asseblief:
Pos tyd: Jun-20-2024
