Када је у питањуантене, питање које људе највише брине је "Како се заправо постиже зрачење?"Како се електромагнетно поље које генерише извор сигнала шири кроз далековод и унутар антене и коначно се „одваја“ од антене да би формирао талас слободног простора.
1. Зрачење једне жице
Претпоставимо да је густина наелектрисања, изражена као кв (кулона/м3), равномерно распоређена у кружној жици са површином попречног пресека а и запремином В, као што је приказано на слици 1.
Слика 1
Укупан набој К у запремини В креће се у правцу з равномерном брзином Вз (м/с).Може се доказати да је густина струје Јз на попречном пресеку жице:
Јз = кв вз （1）
Ако је жица направљена од идеалног проводника, густина струје Јс на површини жице је:
Јс = кс вз （2）
Где је кс површинска густина наелектрисања.Ако је жица веома танка (идеално, радијус је 0), струја у жици се може изразити као:
Из = кл вз (3)
Где је кл (кулон/метар) наелектрисање по јединици дужине.
Углавном се бавимо танким жицама, а закључци се односе на горња три случаја.Ако је струја временски променљива, извод формуле (3) у односу на време је следећи:
(4)
аз је убрзање пуњења.Ако је дужина жице л, (4) се може написати на следећи начин:
(5)
Једначина (5) је основни однос струје и наелектрисања, а такође и основни однос електромагнетног зрачења.Једноставно речено, да би се произвело зрачење, мора постојати струја која варира у времену или убрзање (или успоравање) наелектрисања.Обично помињемо струју у временски хармоничним апликацијама, а наелектрисање се најчешће помиње у прелазним апликацијама.Да би се дошло до убрзања (или успоравања), жица мора бити савијена, пресавијена и дисконтинуирана.Када наелектрисање осцилује у временском хармоничном кретању, оно ће такође производити периодично убрзање (или успоравање) пуњења или струју која се мења у времену.дакле:
1) Ако се наелектрисање не помера, неће бити струје и зрачења.
2) Ако се пуњење креће константном брзином:
а.Ако је жица равна и бесконачне дужине, нема зрачења.
б.Ако је жица савијена, пресавијена или дисконтинуирана, као што је приказано на слици 2, постоји зрачење.
3) Ако наелектрисање осцилује током времена, наелектрисање ће зрачити чак и ако је жица равна.
Слика 2
Квалитативно разумевање механизма зрачења може се добити посматрањем импулсног извора повезаног са отвореном жицом која може бити уземљена кроз оптерећење на свом отвореном крају, као што је приказано на слици 2(д).Када је жица у почетку под напоном, наелектрисања (слободни електрони) у жици се покрећу помоћу линија електричног поља које генерише извор.Како се наелектрисања убрзавају на изворном крају жице и успоравају (негативно убрзање у односу на првобитно кретање) када се рефлектују на њеном крају, поље зрачења се генерише на њеним крајевима и дуж остатка жице.Убрзање наелектрисања се постиже спољним извором силе који покреће наелектрисања и ствара одговарајуће поље зрачења.Успоравање наелектрисања на крајевима жице се постиже унутрашњим силама повезаним са индукованим пољем, које је узроковано акумулацијом концентрисаних наелектрисања на крајевима жице.Унутрашње силе добијају енергију од акумулације наелектрисања како се њена брзина смањује на нулу на крајевима жице.Стога су убрзање наелектрисања услед побуде електричног поља и успоравање наелектрисања услед дисконтинуитета или глатке криве импедансе жице механизми за генерисање електромагнетног зрачења.Иако су и густина струје (Јц) и густина наелектрисања (кв) изворни термини у Максвеловим једначинама, сматра се да је наелектрисање фундаменталнија величина, посебно за прелазна поља.Иако се ово објашњење зрачења углавном користи за пролазна стања, може се користити и за објашњење зрачења у стабилном стању.
Препоручите неколико одличнихантенски производипроизведен одРФМИСО:
RM-ТЦР406.4
RM-БЦА082-4 (0,8-2 ГХз)
РМ-СВА910-22(9-10ГХз)
2. Двожично зрачење
Повежите извор напона на двопроводни далековод повезан са антеном, као што је приказано на слици 3(а).Примена напона на двожичну линију ствара електрично поље између проводника.Линије електричног поља делују на слободне електроне (лако одвојене од атома) повезане са сваким проводником и приморавају их да се крећу.Кретање наелектрисања генерише струју, која заузврат генерише магнетно поље.
Слика 3
Прихватили смо да линије електричног поља почињу позитивним наелектрисањем и завршавају негативним наелектрисањем.Наравно, они такође могу почети са позитивним набојем и завршити у бесконачности;или почети у бесконачности и завршити негативним наелектрисањем;или формирају затворене петље које нити почињу нити се завршавају никаквим набојима.Линије магнетног поља увек формирају затворене петље око проводника са струјом јер у физици нема магнетних наелектрисања.У неким математичким формулама, уведена су еквивалентна магнетна наелектрисања и магнетне струје да би се показала дуалност између решења која укључују снагу и магнетне изворе.
Линије електричног поља повучене између два проводника помажу да се покаже расподела наелектрисања.Ако претпоставимо да је извор напона синусоидан, очекујемо да ће електрично поље између проводника такође бити синусоидно са периодом једнаким периоду извора.Релативна величина јачине електричног поља је представљена густином линија електричног поља, а стрелице показују релативни правац (позитиван или негативан).Генерисање временски променљивих електричних и магнетних поља између проводника формира електромагнетни талас који се простире дуж далековода, као што је приказано на слици 3(а).Електромагнетни талас улази у антену са набојем и одговарајућом струјом.Ако уклонимо део структуре антене, као што је приказано на слици 3(б), талас слободног простора може се формирати „повезивањем“ отворених крајева линија електричног поља (приказаних испрекиданим линијама).Талас слободног простора је такође периодичан, али тачка константне фазе П0 креће се напоље брзином светлости и путује растојање од λ/2 (до П1) за пола временског периода.У близини антене, тачка константне фазе П0 креће се брже од брзине светлости и приближава се брзини светлости у тачкама удаљеним од антене.Слика 4 приказује расподелу електричног поља у слободном простору антене λ∕2 при т = 0, т/8, т/4 и 3Т/8.
Слика 4 Расподела електричног поља у слободном простору λ∕2 антене при т = 0, т/8, т/4 и 3Т/8
Није познато како се вођени таласи одвајају од антене и на крају формирају да се шире у слободном простору.Вођене таласе и таласе слободног простора можемо упоредити са воденим таласима, које може изазвати камен пао у мирну воду или на друге начине.Када почне поремећај у води, водени таласи се генеришу и почињу да се шире напоље.Чак и ако поремећај престане, таласи се не заустављају већ настављају да се шире напред.Ако поремећај потраје, нови таласи се стално генеришу, а ширење ових таласа заостаје за осталим таласима.
Исто важи и за електромагнетне таласе генерисане електричним сметњама.Ако је почетни електрични поремећај из извора кратког трајања, генерисани електромагнетни таласи се шире унутар далековода, затим улазе у антену и на крају зраче као таласи слободног простора, иако побуда више није присутна (баш као таласи воде и поремећај који су створили).Ако је електрични поремећај континуиран, електромагнетни таласи постоје непрекидно и прате их уско иза њих током ширења, као што је приказано на биконичној антени приказаној на слици 5. Када су електромагнетни таласи унутар далековода и антена, њихово постојање је повезано са постојањем електричних наелектрисање унутар проводника.Међутим, када се таласи зраче, они формирају затворену петљу и нема накнаде за одржавање њиховог постојања.Ово нас наводи на закључак да:
Побуђивање поља захтева убрзање и успоравање наелектрисања, али одржавање поља не захтева убрзање и успоравање наелектрисања.
Слика 5
3. Диполно зрачење
Покушавамо да објаснимо механизам којим се линије електричног поља одвајају од антене и формирају таласе слободног простора, а за пример узмемо диполну антену.Иако је то поједностављено објашњење, оно такође омогућава људима да интуитивно виде генерисање таласа слободног простора.Слика 6(а) приказује линије електричног поља генерисане између два крака дипола када се линије електричног поља померају ка споља за λ∕4 у првој четвртини циклуса.За овај пример, претпоставимо да је број формираних линија електричног поља 3. У следећој четвртини циклуса, оригиналне три линије електричног поља померају још λ∕4 (укупно λ∕2 од почетне тачке), а густина наелектрисања на проводнику почиње да опада.Може се сматрати да настаје увођењем супротних наелектрисања, која поништавају наелектрисања на проводнику на крају прве половине циклуса.Линије електричног поља које стварају супротна наелектрисања су 3 и крећу се на растојање од λ∕4, што је представљено испрекиданим линијама на слици 6(б).
Коначни резултат је да постоје три надоле линије електричног поља на првој λ∕4 удаљености и исти број нагоре линија електричног поља на другој λ∕4 удаљености.Пошто на антени нема нето наелектрисања, линије електричног поља морају бити принуђене да се одвоје од проводника и споје заједно да формирају затворену петљу.Ово је приказано на слици 6(ц).У другој половини се прати исти физички процес, али имајте на уму да је смер супротан.Након тога, процес се понавља и наставља у недоглед, формирајући расподелу електричног поља сличну слици 4.
Слика 6
Да бисте сазнали више о антенама, посетите:
Време поста: 20.06.2024
