Kapag tungkol samga antenna, ang tanong na pinakapinag-aalala ng mga tao ay "Paano talaga nakakamit ang radiation?"Paano kumakalat ang electromagnetic field na nabuo ng pinagmumulan ng signal sa pamamagitan ng transmission line at sa loob ng antenna, at sa wakas ay "hihiwalay" mula sa antenna upang bumuo ng isang libreng space wave.
1. Single wire radiation
Ipagpalagay natin na ang density ng singil, na ipinahayag bilang qv (Coulomb/m3), ay pantay na ipinamamahagi sa isang pabilog na wire na may cross-sectional area na a at isang volume ng V, tulad ng ipinapakita sa Figure 1.
Larawan 1
Ang kabuuang charge Q sa volume V ay gumagalaw sa direksyong z sa pare-parehong bilis na Vz (m/s).Mapapatunayan na ang kasalukuyang density Jz sa cross section ng wire ay:
Jz = qv vz （1）
Kung ang wire ay gawa sa perpektong conductor, ang kasalukuyang density Js sa wire surface ay:
Js = qs vz （2）
Kung saan ang qs ay ang density ng singil sa ibabaw.Kung ang kawad ay napakanipis (sa isip, ang radius ay 0), ang kasalukuyang nasa kawad ay maaaring ipahayag bilang:
Iz = ql vz (3)
Kung saan ang ql (coulomb/meter) ay ang singil sa bawat haba ng yunit.
Pangunahing nababahala kami sa mga manipis na wire, at ang mga konklusyon ay nalalapat sa tatlong kaso sa itaas.Kung ang kasalukuyang ay nag-iiba-iba ng oras, ang derivative ng formula (3) na may kinalaman sa oras ay ang mga sumusunod:
（4）
Ang az ay ang pagbilis ng singil.Kung ang haba ng kawad ay l, ang (4) ay maaaring isulat tulad ng sumusunod:
（5）
Ang equation (5) ay ang pangunahing ugnayan sa pagitan ng kasalukuyang at singil, at gayundin ang pangunahing ugnayan ng electromagnetic radiation.Sa madaling salita, upang makabuo ng radiation, dapat mayroong kasalukuyang nagbabago-panahon o acceleration (o deceleration) ng singil.Karaniwan naming binabanggit ang kasalukuyang sa mga time-harmonic na application, at ang singil ay kadalasang binabanggit sa mga lumilipas na aplikasyon.Upang makagawa ng pagbilis ng singil (o pagbabawas ng bilis), ang wire ay dapat na baluktot, nakatiklop, at hindi natuloy.Kapag nag-oscillate ang charge sa time-harmonic motion, magbubunga din ito ng periodic charge acceleration (o deceleration) o time-varying current.Samakatuwid:
1) Kung ang singil ay hindi gumagalaw, walang kasalukuyang at walang radiation.
2) Kung ang singil ay gumagalaw sa palaging bilis:
a.Kung ang wire ay tuwid at walang katapusan ang haba, walang radiation.
b.Kung ang kawad ay nakabaluktot, nakatiklop, o hindi nagpapatuloy, tulad ng ipinapakita sa Figure 2, mayroong radiation.
3) Kung ang singil ay nag-o-oscillate sa paglipas ng panahon, ang singil ay magliliwanag kahit na ang wire ay tuwid.
Figure 2
Ang isang husay na pag-unawa sa mekanismo ng radiation ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pagtingin sa isang pulsed source na konektado sa isang bukas na wire na maaaring i-ground sa pamamagitan ng isang load sa bukas na dulo nito, tulad ng ipinapakita sa Figure 2(d).Kapag ang wire ay paunang na-energize, ang mga singil (mga libreng electron) sa wire ay itinatakda sa paggalaw ng mga linya ng electric field na nabuo ng pinagmulan.Habang ang mga singil ay pinabilis sa pinagmulang dulo ng wire at nababawasan ng bilis (negatibong acceleration na nauugnay sa orihinal na paggalaw) kapag ipinapakita sa dulo nito, ang isang radiation field ay nabubuo sa mga dulo nito at kasama ang natitirang bahagi ng wire.Ang acceleration ng mga singil ay nagagawa ng isang panlabas na pinagmumulan ng puwersa na nagtatakda ng mga singil sa paggalaw at gumagawa ng nauugnay na larangan ng radiation.Ang pagbabawas ng bilis ng mga singil sa mga dulo ng kawad ay nagagawa ng mga panloob na puwersa na nauugnay sa sapilitan na patlang, na sanhi ng akumulasyon ng mga puro singil sa mga dulo ng kawad.Ang mga panloob na puwersa ay nakakakuha ng enerhiya mula sa akumulasyon ng singil habang ang bilis nito ay bumababa sa zero sa mga dulo ng kawad.Samakatuwid, ang acceleration ng mga singil dahil sa electric field excitation at ang deceleration ng mga charge dahil sa discontinuity o makinis na curve ng wire impedance ay ang mga mekanismo para sa pagbuo ng electromagnetic radiation.Bagama't ang parehong kasalukuyang density (Jc) at density ng singil (qv) ay pinagmumulan ng mga termino sa mga equation ni Maxwell, ang singil ay itinuturing na isang mas pangunahing dami, lalo na para sa mga lumilipas na field.Bagama't ang paliwanag na ito ng radiation ay pangunahing ginagamit para sa mga lumilipas na estado, maaari rin itong gamitin upang ipaliwanag ang steady-state na radiation.
Magrekomenda ng ilang mahusaymga produkto ng antenaginawa ngRFMISO:
RM-TCR406.4
RM-BCA082-4（0.8-2GHz)
RM-SWA910-22(9-10GHz)
2. Dalawang-kawad na radiation
Ikonekta ang isang pinagmumulan ng boltahe sa isang dalawang-konduktor na linya ng paghahatid na konektado sa isang antena, tulad ng ipinapakita sa Figure 3(a).Ang paglalapat ng boltahe sa dalawang-wire na linya ay bumubuo ng isang electric field sa pagitan ng mga konduktor.Ang mga linya ng electric field ay kumikilos sa mga libreng electron (madaling ihiwalay sa mga atom) na konektado sa bawat konduktor at pinipilit silang lumipat.Ang paggalaw ng mga singil ay bumubuo ng kasalukuyang, na kung saan ay bumubuo ng isang magnetic field.
Larawan 3
Tinanggap namin na ang mga linya ng electric field ay nagsisimula sa mga positibong singil at nagtatapos sa mga negatibong singil.Siyempre, maaari rin silang magsimula sa mga positibong singil at magtatapos sa infinity;o magsimula sa infinity at magtatapos sa mga negatibong singil;o bumuo ng mga closed loop na hindi nagsisimula o nagtatapos sa anumang mga pagsingil.Ang mga linya ng magnetic field ay palaging bumubuo ng mga saradong loop sa paligid ng kasalukuyang nagdadala ng mga conductor dahil walang mga magnetic charge sa pisika.Sa ilang mga mathematical formula, ang mga katumbas na magnetic charge at magnetic current ay ipinakilala upang ipakita ang duality sa pagitan ng mga solusyon na kinasasangkutan ng power at magnetic sources.
Ang mga linya ng electric field na iginuhit sa pagitan ng dalawang konduktor ay tumutulong upang ipakita ang pamamahagi ng singil.Kung ipagpalagay natin na ang pinagmumulan ng boltahe ay sinusoidal, inaasahan namin na ang patlang ng kuryente sa pagitan ng mga konduktor ay sinusoidal din na may tagal na katumbas ng panahon ng pinagmulan.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 time-varying electric at magnetic field sa pagitan ng mga conductor ay bumubuo ng electromagnetic wave na kumakalat sa kahabaan ng transmission line, tulad ng ipinapakita sa Figure 3(a).Ang electromagnetic wave ay pumapasok sa antenna na may singil at ang kaukulang kasalukuyang.Kung aalisin natin ang bahagi ng istraktura ng antenna, tulad ng ipinapakita sa Figure 3(b), ang isang free-space wave ay maaaring mabuo sa pamamagitan ng "pagkonekta" sa mga bukas na dulo ng mga linya ng electric field (ipinapakita ng mga 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 (hanggang 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 free-space electric field distribution ng λ∕2 antenna sa t = 0, t/8, t/4, at 3T/8.
Figure 4 Free space electric field distribution ng λ∕2 antenna sa t = 0, t/8, t/4 at 3T/8
Ito ay hindi alam kung paano ang guided waves ay pinaghihiwalay mula sa antenna at kalaunan ay nabuo upang magpalaganap sa libreng espasyo.Maaari nating ihambing ang mga guided at free space wave sa mga alon ng tubig, na maaaring sanhi ng isang bato na ibinagsak sa isang tahimik na anyong tubig o sa iba pang mga paraan.Sa sandaling magsimula ang kaguluhan sa tubig, ang mga alon ng tubig ay nabuo at magsisimulang magpalaganap palabas.Kahit na huminto ang kaguluhan, ang mga alon ay hindi tumitigil ngunit patuloy na lumalaganap pasulong.Kung magpapatuloy ang kaguluhan, ang mga bagong alon ay patuloy na nabubuo, at ang pagpapalaganap ng mga alon na ito ay nahuhuli sa iba pang mga alon.
Ang parehong ay totoo para sa mga electromagnetic wave na nabuo ng mga electrical disturbances.Kung ang paunang electrical disturbance mula sa pinagmulan ay maikling tagal, ang mga electromagnetic wave na nabuo ay kumakalat sa loob ng transmission line, pagkatapos ay pumasok sa antenna, at sa wakas ay nag-radiate bilang mga libreng space wave, kahit na ang paggulo ay wala na (tulad ng mga alon ng tubig. at ang kaguluhang kanilang nilikha).Kung tuluy-tuloy ang electrical disturbance, ang mga electromagnetic wave ay patuloy na umiiral at sumusunod sa likod ng mga ito sa panahon ng pagpapalaganap, tulad ng ipinapakita sa biconical antenna na ipinapakita sa Figure 5. Kapag ang mga electromagnetic wave ay nasa loob ng mga transmission line at antenna, ang kanilang pag-iral ay nauugnay sa pagkakaroon ng electric singilin sa loob ng konduktor.Gayunpaman, kapag ang mga alon ay radiated, sila ay bumubuo ng isang closed loop at walang bayad upang mapanatili ang kanilang pag-iral.Ito ay humahantong sa amin sa konklusyon na:
Ang pag-excite ng field ay nangangailangan ng acceleration at deceleration ng charge, ngunit ang maintenance ng field ay hindi nangangailangan ng acceleration at deceleration ng charge.
Larawan 5
3. Dipole Radiation
Sinusubukan naming ipaliwanag ang mekanismo kung saan humihiwalay ang mga linya ng electric field mula sa antenna at bumubuo ng mga free-space wave, at kunin ang dipole antenna bilang isang halimbawa.Bagama't ito ay isang pinasimpleng paliwanag, binibigyang-daan din nito ang mga tao na makita nang intuitive ang henerasyon ng mga free-space wave.Ipinapakita ng Figure 6(a) ang mga linya ng electric field na nabuo 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 lumipat ng isa pang λ∕4 (kabuuan ng λ∕2 mula sa panimulang punto), at ang density ng singil sa konduktor ay nagsisimulang bumaba.Maaari itong isaalang-alang na nabuo sa pamamagitan ng pagpapakilala ng mga kabaligtaran na singil, na nagkansela ng mga singil sa konduktor sa pagtatapos ng unang kalahati ng cycle.Ang mga linya ng electric field na nabuo ng magkasalungat na singil ay 3 at gumagalaw sa layo na λ∕4, na kinakatawan ng mga tuldok na linya sa Figure 6(b).
Ang huling resulta ay mayroong tatlong pababang linya ng electric field sa unang λ∕4 na distansya at ang parehong bilang ng mga linya ng pataas na electric field sa pangalawang λ∕4 na distansya.Dahil walang net charge sa antenna, ang mga linya ng electric field ay dapat piliting humiwalay sa konduktor at pagsamahin upang bumuo ng closed loop.Ito ay ipinapakita sa Figure 6(c).Sa ikalawang kalahati, ang parehong pisikal na proseso ay sinusunod, ngunit tandaan na ang direksyon ay kabaligtaran.Pagkatapos nito, ang proseso ay paulit-ulit at nagpapatuloy nang walang katiyakan, na bumubuo ng isang pamamahagi ng electric field na katulad ng Figure 4.
Larawan 6
Upang matuto nang higit pa tungkol sa mga antenna, pakibisita ang:
Oras ng post: Hun-20-2024
