وقتی صحبت از آن می شودآنتن ها، سوالی که مردم بیش از همه نگران آن هستند این است که "در واقع تشعشع چگونه به دست می آید؟" چگونه میدان الکترومغناطیسی تولید شده توسط منبع سیگنال از طریق خط انتقال و داخل آنتن منتشر می شود و در نهایت از آنتن جدا می شود و موج فضای آزاد را تشکیل می دهد.
1. تابش تک سیم
فرض کنید چگالی بار، که به صورت qv (Coulomb/m3) بیان می شود، به طور یکنواخت در یک سیم دایره ای با سطح مقطع a و حجم V، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، توزیع شده است.
شکل 1
بار کل Q در حجم V در جهت z با سرعت یکنواخت Vz (m/s) حرکت می کند. می توان ثابت کرد که چگالی جریان Jz در سطح مقطع سیم برابر است با:
Jz = qv vz (1)
اگر سیم از یک هادی ایده آل ساخته شده باشد، چگالی جریان Js روی سطح سیم برابر است با:
Js = qs vz (2)
جایی که qs چگالی بار سطحی است. اگر سیم بسیار نازک باشد (در حالت ایده آل، شعاع 0 است)، جریان در سیم را می توان به صورت زیر بیان کرد:
Iz = ql vz (3)
که در آن ql (کولن/متر) شارژ در واحد طول است.
ما عمدتاً با سیم های نازک سروکار داریم و نتیجه گیری در مورد سه مورد فوق اعمال می شود. اگر جریان متغیر با زمان باشد، مشتق فرمول (3) نسبت به زمان به صورت زیر است:
(4)
az شتاب شارژ است. اگر طول سیم l باشد، (4) را می توان به صورت زیر نوشت:
(5)
معادله (5) رابطه اساسی بین جریان و بار و همچنین رابطه اساسی تابش الکترومغناطیسی است. به زبان ساده، برای تولید تابش، باید یک جریان یا شتاب (یا کاهش سرعت) بار متغیر با زمان وجود داشته باشد. ما معمولاً جریان را در برنامه های هارمونیک زمان ذکر می کنیم و شارژ بیشتر در برنامه های گذرا ذکر می شود. به منظور ایجاد شتاب شارژ (یا کاهش سرعت)، سیم باید خم، تا شده و ناپیوسته باشد. هنگامی که بار در حرکت هارمونیک زمانی نوسان می کند، شتاب (یا کاهش سرعت) بار دوره ای یا جریان متغیر با زمان را نیز تولید می کند. بنابراین:
1) اگر شارژ حرکت نکند، جریان و تشعشع وجود نخواهد داشت.
2) اگر شارژ با سرعت ثابت حرکت کند:
الف اگر سیم مستقیم و بی نهایت طول داشته باشد، هیچ تشعشعی وجود ندارد.
ب همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، اگر سیم خمیده، تا شده یا ناپیوسته باشد، تشعشع وجود دارد.
3) اگر بار در طول زمان نوسان کند، بار حتی اگر سیم مستقیم باشد، تابش می کند.
شکل 2
همانطور که در شکل 2(d) نشان داده شده است، می توان با مشاهده یک منبع پالسی متصل به یک سیم باز که می تواند از طریق بار در انتهای باز آن زمین شود، درک کیفی مکانیسم تشعشع را به دست آورد. هنگامی که سیم در ابتدا انرژی می گیرد، بارها (الکترون های آزاد) در سیم توسط خطوط میدان الکتریکی تولید شده توسط منبع به حرکت در می آیند. از آنجایی که بارها در انتهای منبع سیم شتاب می‌گیرند و زمانی که در انتهای آن منعکس می‌شوند (شتاب منفی نسبت به حرکت اولیه) کاهش می‌یابند، یک میدان تابشی در انتهای آن و در امتداد بقیه سیم ایجاد می‌شود. شتاب بارها توسط یک منبع نیروی خارجی انجام می شود که بارها را به حرکت در می آورد و میدان تابشی مرتبط را تولید می کند. کاهش سرعت بار در انتهای سیم توسط نیروهای داخلی مرتبط با میدان القایی انجام می شود که ناشی از تجمع بارهای متمرکز در انتهای سیم است. نیروهای داخلی از تجمع بار انرژی به دست می آورند زیرا سرعت آن در انتهای سیم به صفر می رسد. بنابراین، شتاب بارها در اثر تحریک میدان الکتریکی و کاهش سرعت بارها به دلیل ناپیوستگی یا منحنی صاف امپدانس سیم، مکانیسم‌هایی برای تولید تابش الکترومغناطیسی هستند. اگرچه هم چگالی جریان (Jc) و هم چگالی بار (qv) در معادلات ماکسول اصطلاحات منبع هستند، بار به عنوان کمیت اساسی تری به ویژه برای میدان های گذرا در نظر گرفته می شود. اگرچه این توضیح تابش عمدتاً برای حالت های گذرا استفاده می شود، اما می توان از آن برای توضیح تابش حالت پایدار نیز استفاده کرد.
چندین عالی را توصیه کنیدمحصولات آنتنتولید شده توسطRFMISO:
RM-TCR406.4
RM-BCA082-4 (0.8-2 گیگاهرتز)
RM-SWA910-22 (9-10 گیگاهرتز)
2. تشعشعات دو سیمه
همانطور که در شکل 3 (الف) نشان داده شده است، یک منبع ولتاژ را به یک خط انتقال دو هادی متصل به یک آنتن وصل کنید. اعمال ولتاژ به خط دو سیمه باعث ایجاد میدان الکتریکی بین هادی ها می شود. خطوط میدان الکتریکی بر روی الکترون های آزاد (که به راحتی از اتم ها جدا می شوند) متصل به هر رسانا عمل می کنند و آنها را مجبور به حرکت می کنند. حرکت بارها باعث تولید جریان می شود که به نوبه خود میدان مغناطیسی ایجاد می کند.
شکل 3
ما پذیرفته ایم که خطوط میدان الکتریکی با بارهای مثبت شروع و با بارهای منفی به پایان می رسند. البته می توانند با بارهای مثبت شروع و به بی نهایت ختم شوند. یا از بی نهایت شروع شود و با بارهای منفی خاتمه یابد. یا حلقه های بسته تشکیل می دهند که نه شروع می شوند و نه با هیچ شارژی ختم می شوند. خطوط میدان مغناطیسی همیشه حلقه های بسته را در اطراف هادی های حامل جریان تشکیل می دهند زیرا در فیزیک بار مغناطیسی وجود ندارد. در برخی فرمول‌های ریاضی، بارهای مغناطیسی معادل و جریان‌های مغناطیسی برای نشان دادن دوگانگی بین راه‌حل‌های مربوط به قدرت و منابع مغناطیسی معرفی شده‌اند.
خطوط میدان الکتریکی کشیده شده بین دو رسانا به نشان دادن توزیع بار کمک می کند. اگر منبع ولتاژ را سینوسی فرض کنیم، انتظار داریم میدان الکتریکی بین هادی ها نیز سینوسی با دوره ای برابر با منبع ولتاژ باشد. بزرگی نسبی شدت میدان الکتریکی با چگالی خطوط میدان الکتریکی نشان داده می شود و فلش ها جهت نسبی (مثبت یا منفی) را نشان می دهند. تولید میدان های الکتریکی و مغناطیسی متغیر با زمان بین هادی ها یک موج الکترومغناطیسی را تشکیل می دهد که در طول خط انتقال منتشر می شود، همانطور که در شکل 3 (الف) نشان داده شده است. موج الکترومغناطیسی با شارژ و جریان مربوطه وارد آنتن می شود. اگر بخشی از ساختار آنتن را حذف کنیم، همانطور که در شکل 3 (ب) نشان داده شده است، یک موج فضای آزاد می تواند با "اتصال" انتهای باز خطوط میدان الکتریکی (که با خطوط نقطه چین نشان داده شده است) تشکیل شود. موج فضای آزاد نیز تناوبی است، اما نقطه فاز ثابت P0 با سرعت نور به سمت بیرون حرکت می کند و فاصله λ/2 (تا P1) را در نیم دوره زمانی طی می کند. در نزدیکی آنتن، نقطه فاز ثابت P0 سریعتر از سرعت نور حرکت می کند و در نقاط دور از آنتن به سرعت نور نزدیک می شود. شکل 4 توزیع میدان الکتریکی فضای آزاد آنتن λ∕2 را در t=0، t/8، t/4 و 3T/8 نشان می دهد.
شکل 4 توزیع میدان الکتریکی فضای آزاد آنتن λ∕2 در t = 0، t/8، t/4 و 3T/8
مشخص نیست که چگونه امواج هدایت شده از آنتن جدا شده و در نهایت برای انتشار در فضای آزاد تشکیل می شوند. می‌توان امواج فضای هدایت‌شده و آزاد را با امواج آب مقایسه کرد که می‌تواند ناشی از افتادن سنگ در یک آب آرام یا به روش‌های دیگر باشد. هنگامی که اختلال در آب شروع می شود، امواج آب ایجاد می شود و شروع به انتشار به بیرون می کند. حتی اگر اغتشاش متوقف شود، امواج متوقف نمی شوند، بلکه به انتشار خود به جلو ادامه می دهند. اگر اختلال ادامه پیدا کند، امواج جدید دائما تولید می شود و انتشار این امواج از امواج دیگر عقب می ماند.
همین امر در مورد امواج الکترومغناطیسی ایجاد شده توسط اغتشاشات الکتریکی نیز صادق است. اگر اختلال الکتریکی اولیه از منبع کوتاه مدت باشد، امواج الکترومغناطیسی تولید شده در داخل خط انتقال منتشر می‌شوند، سپس وارد آنتن می‌شوند و در نهایت به صورت امواج فضای آزاد تابش می‌کنند، حتی اگر دیگر تحریک وجود نداشته باشد (درست مانند امواج آب). و مزاحمتی که ایجاد کردند). اگر اغتشاش الکتریکی پیوسته باشد، امواج الکترومغناطیسی به طور پیوسته وجود دارند و در حین انتشار از پشت آنها پیروی می‌کنند، همانطور که در آنتن دو مخروطی نشان داده شده در شکل 5 نشان داده شده است. شارژ داخل هادی با این حال، هنگامی که امواج تابش می شوند، یک حلقه بسته تشکیل می دهند و هیچ شارژی برای حفظ وجود آنها وجود ندارد. این ما را به این نتیجه می رساند که:
تحریک میدان مستلزم شتاب و کاهش شارژ است اما نگهداری میدان مستلزم شتاب و کاهش شارژ نیست.
شکل 5
3. تشعشع دوقطبی
ما سعی می کنیم مکانیسمی را توضیح دهیم که توسط آن خطوط میدان الکتریکی از آنتن جدا شده و امواج فضای آزاد را تشکیل می دهند و آنتن دوقطبی را به عنوان مثال در نظر می گیریم. اگرچه این توضیح ساده شده است، اما مردم را قادر می سازد تا به طور مستقیم تولید امواج فضای آزاد را ببینند. شکل 6(a) خطوط میدان الکتریکی ایجاد شده بین دو بازوی دوقطبی را نشان می‌دهد که خطوط میدان الکتریکی با λ∕4 در ربع اول چرخه به سمت خارج حرکت می‌کنند. برای این مثال، فرض کنید تعداد خطوط میدان الکتریکی تشکیل شده 3 باشد. در ربع بعدی چرخه، سه خط میدان الکتریکی اصلی λ∕4 دیگر (مجموعا λ∕2 از نقطه شروع) حرکت می کنند. و چگالی بار روی هادی شروع به کاهش می کند. می توان در نظر گرفت که با وارد کردن بارهای مخالف تشکیل شده است که بارهای هادی را در پایان نیمه اول چرخه خنثی می کند. خطوط میدان الکتریکی تولید شده توسط بارهای مخالف 3 هستند و فاصله λ∕4 را حرکت می دهند که با خطوط نقطه چین در شکل 6 (b) نشان داده شده است.
نتیجه نهایی این است که سه خط میدان الکتریکی رو به پایین در فاصله λ∕4 اول و به همان تعداد خط میدان الکتریکی رو به بالا در فاصله λ∕4 دوم وجود دارد. از آنجایی که هیچ بار خالصی روی آنتن وجود ندارد، خطوط میدان الکتریکی باید مجبور شوند از هادی جدا شده و با هم ترکیب شوند و یک حلقه بسته را تشکیل دهند. این در شکل 6 (c) نشان داده شده است. در نیمه دوم، همان روند فیزیکی دنبال می شود، اما توجه داشته باشید که جهت مخالف است. پس از آن، این فرآیند تکرار می شود و به طور نامحدود ادامه می یابد و توزیع میدان الکتریکی مشابه شکل 4 را تشکیل می دهد.
شکل 6
برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد آنتن ها به آدرس زیر مراجعه کنید:
زمان ارسال: ژوئن-20-2024
