Pagdating samga antena, ang tanong na pinaka-inaalala ng mga tao ay "Paano nga ba talaga nakakamit ang radiation?" Paano kumakalat ang electromagnetic field na nalilikha ng pinagmumulan ng signal sa pamamagitan ng transmission line at sa loob ng antenna, at sa huli ay "nahihiwalay" mula sa antenna upang bumuo ng isang free space wave.
1. Radyasyon ng iisang kawad
Ipagpalagay natin na ang densidad ng karga, na ipinapahayag bilang qv (Coulomb/m3), ay pantay na ipinamamahagi sa isang pabilog na alambre na may cross-sectional area na a at volume na V, gaya ng ipinapakita sa Figure 1.
Pigura 1
Ang kabuuang karga Q sa volume V ay gumagalaw sa direksyong z sa pare-parehong bilis na Vz (m/s). Mapapatunayan na ang densidad ng kasalukuyang Jz sa cross section ng alambre ay:
Jz = qv vz （1）
Kung ang alambre ay gawa sa isang ideal na konduktor, ang current density na Js sa ibabaw ng alambre ay:
Js = qs vz （2）
Kung saan ang qs ay ang densidad ng karga sa ibabaw. Kung ang alambre ay napakanipis (sa isip, ang radius ay 0), ang kasalukuyang nasa alambre ay maaaring ipahayag bilang:
Iz = ql vz (3)
Kung saan ang ql (coulomb/meter) ay ang karga kada yunit ng haba.
Pangunahin naming pinag-aaralan ang manipis na mga alambre, at ang mga konklusyon ay naaangkop sa tatlong nabanggit na kaso. Kung ang kasalukuyang ay nagbabago ayon sa oras, ang hinango ng pormula (3) kaugnay ng oras ay ang mga sumusunod:
（4）
Ang az ay ang acceleration ng karga. Kung ang haba ng alambre ay l, ang (4) ay maaaring isulat tulad ng sumusunod:
（5）
Ang Equation (5) ay ang pangunahing ugnayan sa pagitan ng kuryente at karga, at gayundin ang pangunahing ugnayan ng electromagnetic radiation. Sa madaling salita, upang makagawa ng radiation, dapat mayroong kuryente o acceleration (o deceleration) ng karga na nagbabago sa oras. Karaniwan nating binabanggit ang kuryente sa mga time-harmonic application, at ang karga ay kadalasang binabanggit sa mga transient application. Upang makagawa ng acceleration (o deceleration) ng karga, ang alambre ay dapat na nakabaluktot, nakatiklop, at hindi tuluy-tuloy. Kapag ang karga ay nag-oscillate sa time-harmonic motion, magbubunga rin ito ng periodic charge acceleration (o deceleration) o time-varying current. Samakatuwid:
1) Kung ang karga ay hindi gumagalaw, walang magiging kuryente at walang radyasyon.
2) Kung ang karga ay gumagalaw sa isang pare-parehong bilis:
a. Kung ang alambre ay tuwid at walang hanggan ang haba, walang radyasyon.
b. Kung ang alambre ay nakabaluktot, nakatupi, o hindi tuluy-tuloy, gaya ng ipinapakita sa Larawan 2, mayroong radyasyon.
3) Kung ang karga ay mag-oscillate sa paglipas ng panahon, ang karga ay magre-radiate kahit na tuwid ang alambre.
Pigura 2
Ang isang kwalitatibong pag-unawa sa mekanismo ng radyasyon ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pagtingin sa isang pulsed source na konektado sa isang bukas na alambre na maaaring i-ground sa pamamagitan ng isang load sa bukas na dulo nito, tulad ng ipinapakita sa Figure 2(d). Kapag ang alambre ay unang binigyan ng enerhiya, ang mga karga (mga libreng electron) sa alambre ay pinapagana ng mga linya ng electric field na nalilikha ng pinagmulan. Habang ang mga karga ay pinabibilis sa dulo ng alambre at binabagalan (negatibong acceleration kumpara sa orihinal na galaw) kapag na-reflect sa dulo nito, isang radiation field ang nalilikha sa mga dulo nito at sa natitirang bahagi ng alambre. Ang acceleration ng mga karga ay nagagawa ng isang panlabas na pinagmumulan ng puwersa na nagpapagalaw sa mga karga at lumilikha ng kaugnay na radiation field. Ang pagbagal ng mga karga sa mga dulo ng alambre ay nagagawa ng mga panloob na puwersa na nauugnay sa induced field, na sanhi ng akumulasyon ng mga concentrated charge sa mga dulo ng alambre. Ang mga panloob na puwersa ay nakakakuha ng enerhiya mula sa akumulasyon ng karga habang ang bilis nito ay bumababa sa zero sa mga dulo ng alambre. Samakatuwid, ang pagbilis ng mga karga dahil sa paggulo ng electric field at ang pagbagal ng mga karga dahil sa discontinuity o makinis na kurba ng wire impedance ang mga mekanismo para sa pagbuo ng electromagnetic radiation. Bagama't ang parehong current density (Jc) at charge density (qv) ay mga source term sa mga equation ni Maxwell, ang karga ay itinuturing na isang mas pangunahing dami, lalo na para sa mga transient field. Bagama't ang paliwanag na ito ng radiation ay pangunahing ginagamit para sa mga transient states, maaari rin itong gamitin upang ipaliwanag ang steady-state radiation.
Magrekomenda ng ilang mahusaymga produkto ng antenaginawa niRFMISO:
RM-TCR406.4
RM-BCA082-4（0.8-2GHz)
RM-SWA910-22(9-10GHz)
2. Dalawang-kawad na radyasyon
Ikonekta ang pinagmumulan ng boltahe sa isang two-conductor transmission line na konektado sa isang antenna, gaya ng ipinapakita sa Figure 3(a). Ang paglalapat ng boltahe sa two-wire line ay lumilikha ng electric field sa pagitan ng mga konduktor. Ang mga linya ng electric field ay kumikilos sa mga malayang electron (madaling nahihiwalay mula sa mga atomo) na konektado sa bawat konduktor at pinipilit ang mga ito na gumalaw. Ang paggalaw ng mga karga ay lumilikha ng kuryente, na siya namang lumilikha ng magnetic field.
Pigura 3
Tinanggap na natin na ang mga linya ng electric field ay nagsisimula sa mga positibong karga at nagtatapos sa mga negatibong karga. Siyempre, maaari rin silang magsimula sa mga positibong karga at magtapos sa kawalang-hanggan; o magsimula sa kawalang-hanggan at magtapos sa mga negatibong karga; o bumuo ng mga closed loop na hindi nagsisimula o nagtatapos sa anumang karga. Ang mga linya ng magnetic field ay palaging bumubuo ng mga closed loop sa paligid ng mga konduktor na may dalang kuryente dahil walang mga magnetic charge sa pisika. Sa ilang mga pormula sa matematika, ipinakikilala ang mga katumbas na magnetic charge at magnetic current upang ipakita ang duality sa pagitan ng mga solusyon na kinasasangkutan ng kuryente at mga magnetic source.
Ang mga linya ng electric field na iginuhit sa pagitan ng dalawang konduktor ay nakakatulong upang ipakita ang distribusyon ng karga. Kung ipagpapalagay natin na ang pinagmumulan ng boltahe ay sinusoidal, inaasahan natin na ang electric field sa pagitan ng mga konduktor ay magiging sinusoidal din na may period na katumbas ng sa pinagmumulan. Ang relatibong magnitude ng lakas ng electric field ay kinakatawan ng density ng mga linya ng electric field, at ang mga arrow ay nagpapahiwatig ng relatibong direksyon (positibo o negatibo). Ang pagbuo ng mga time-varying electric at magnetic field sa pagitan ng mga konduktor ay bumubuo ng isang electromagnetic wave na kumakalat sa transmission line, tulad ng ipinapakita sa Figure 3(a). Ang electromagnetic wave ay pumapasok sa antenna kasama ang karga at ang kaukulang kuryente. Kung aalisin natin ang bahagi ng istruktura ng antenna, tulad ng ipinapakita sa Figure 3(b), isang free-space wave ang maaaring mabuo sa pamamagitan ng "pagkonekta" sa mga bukas na dulo ng mga linya ng electric field (ipinapakita ng mga tuldok-tuldok na linya). Ang free-space wave ay pana-panahon din, ngunit ang constant-phase point na P0 ay gumagalaw palabas sa bilis ng liwanag at naglalakbay sa layo na λ/2 (patungo sa P1) sa kalahating yugto ng panahon. Malapit sa antenna, ang constant-phase point na P0 ay gumagalaw nang mas mabilis kaysa sa bilis ng liwanag at lumalapit sa bilis ng liwanag sa mga puntong malayo sa antenna. Ipinapakita ng Figure 4 ang distribusyon ng free-space electric field ng λ/2 antenna sa t = 0, t/8, t/4, at 3T/8.
Pigura 4 Distribusyon ng electric field sa malayang espasyo ng antena na λ/2 sa t = 0, t/8, t/4 at 3T/8
Hindi alam kung paano nahihiwalay ang mga guided wave mula sa antena at kalaunan ay nabubuo upang lumaganap sa malayang espasyo. Maaari nating ihambing ang mga guided at malayang espasyo na alon sa mga water wave, na maaaring sanhi ng isang batong nahulog sa isang kalmadong anyong tubig o sa iba pang mga paraan. Kapag nagsimula na ang kaguluhan sa tubig, nabubuo ang mga water wave at nagsisimulang lumaganap palabas. Kahit na tumigil ang kaguluhan, ang mga alon ay hindi humihinto kundi patuloy na lumalaganap pasulong. Kung magpapatuloy ang kaguluhan, ang mga bagong alon ay patuloy na nabubuo, at ang paglaganap ng mga alon na ito ay nahuhuli sa iba pang mga alon.
Ganito rin ang totoo para sa mga electromagnetic wave na nalilikha ng mga electrical disturbance. Kung ang unang electrical disturbance mula sa pinagmulan ay panandalian lamang, ang mga electromagnetic wave na nalilikha ay kumakalat sa loob ng transmission line, pagkatapos ay papasok sa antenna, at sa huli ay magra-radiate bilang free space wave, kahit na wala na ang excitation (tulad ng mga water wave at ang disturbance na nilikha ng mga ito). Kung ang electrical disturbance ay patuloy, ang mga electromagnetic wave ay patuloy na umiiral at sumusunod sa kanila habang kumakalat, tulad ng ipinapakita sa biconical antenna na ipinapakita sa Figure 5. Kapag ang mga electromagnetic wave ay nasa loob ng mga transmission lines at antenna, ang kanilang pag-iral ay nauugnay sa pagkakaroon ng electric charge sa loob ng conductor. Gayunpaman, kapag ang mga alon ay ini-radiate, bumubuo sila ng isang closed loop at walang charge upang mapanatili ang kanilang pag-iral. Ito ang humahantong sa atin sa konklusyon na:
Ang paggulo ng field ay nangangailangan ng pagbilis at pagbabawas ng bilis ng karga, ngunit ang pagpapanatili ng field ay hindi nangangailangan ng pagbilis at pagbabawas ng bilis ng karga.
Pigura 5
3. Radiasyong Dipole
Sinusubukan naming ipaliwanag ang mekanismo kung saan ang mga linya ng electric field ay humihiwalay mula sa antenna at bumubuo ng mga free-space wave, at kunin ang dipole antenna bilang halimbawa. Bagama't ito ay isang pinasimpleng paliwanag, nagbibigay-daan din ito sa mga tao na madaling makita ang pagbuo ng mga free-space wave. Ipinapakita ng Figure 6(a) ang mga linya ng electric field na nalilikha sa pagitan ng dalawang braso ng dipole kapag ang mga linya ng electric field ay gumagalaw palabas ng λ/4 sa unang quarter ng cycle. Para sa halimbawang ito, ipagpalagay natin na ang bilang ng mga linya ng electric field na nabuo ay 3. Sa susunod na quarter ng cycle, ang orihinal na tatlong linya ng electric field ay gumagalaw ng isa pang λ/4 (isang kabuuang λ/2 mula sa panimulang punto), at ang densidad ng karga sa konduktor ay nagsisimulang bumaba. Maaari itong ituring na nabubuo sa pamamagitan ng pagpapakilala ng magkasalungat na mga karga, na kinakansela ang mga karga sa konduktor sa pagtatapos ng unang kalahati ng cycle. Ang mga linya ng electric field na nalilikha ng magkasalungat na mga karga ay 3 at gumagalaw sa layo na λ/4, na kinakatawan ng mga tuldok-tuldok na linya sa Figure 6(b).
Ang huling resulta ay mayroong tatlong pababang linya ng electric field sa unang distansya na λ/4 at parehong bilang ng pataas na linya ng electric field sa pangalawang distansya na λ/4. Dahil walang net charge sa antenna, ang mga linya ng electric field ay dapat piliting humiwalay mula sa konduktor at magsama-sama upang bumuo ng isang closed loop. Ito ay ipinapakita sa Figure 6(c). Sa ikalawang kalahati, sinusundan ang parehong pisikal na proseso, ngunit tandaan na ang direksyon ay kabaligtaran. Pagkatapos nito, ang proseso ay inuulit at nagpapatuloy nang walang katiyakan, na bumubuo ng isang distribusyon ng electric field na katulad ng Figure 4.
Pigura 6
Para matuto nang higit pa tungkol sa mga antenna, pakibisita ang:
Oras ng pag-post: Hunyo-20-2024
