Pokud jde oantény, otázka, která lidi nejvíce znepokojuje, je "Jak se vlastně dosahuje radiace?"Jak se elektromagnetické pole generované zdrojem signálu šíří přenosovým vedením a uvnitř antény a nakonec se „oddělí“ od antény a vytvoří vlnu volného prostoru.
1. Jednodrátové záření
Předpokládejme, že hustota náboje, vyjádřená jako qv (Coulomb/m3), je rovnoměrně rozložena v kruhovém drátu s plochou průřezu a a objemem V, jak je znázorněno na obrázku 1.
Obrázek 1
Celkový náboj Q v objemu V se pohybuje ve směru z rovnoměrnou rychlostí Vz (m/s).Lze dokázat, že proudová hustota Jz na průřezu drátu je:
Jz = qv vz （1）
Pokud je drát vyroben z ideálního vodiče, hustota proudu Js na povrchu drátu je:
Js = qs vz （2）
Kde qs je hustota povrchového náboje.Pokud je drát velmi tenký (ideálně je poloměr 0), lze proud v drátu vyjádřit jako:
Iz = ql vz (3)
Kde ql (coulomb/metr) je poplatek za jednotku délky.
Jde nám především o tenké dráty a závěry platí pro výše uvedené tři případy.Pokud je proud časově proměnný, derivace vzorce (3) s ohledem na čas je následující:
(4)
az je zrychlení nabíjení.Pokud je délka drátu l, lze (4) zapsat následovně:
(5)
Rovnice (5) je základní vztah mezi proudem a nábojem a také základní vztah elektromagnetického záření.Jednoduše řečeno, k produkci záření musí existovat časově proměnný proud nebo zrychlení (nebo zpomalení) náboje.V časově harmonických aplikacích obvykle zmiňujeme proud a u přechodových aplikací se nejčastěji uvádí náboj.Aby došlo ke zrychlení (nebo zpomalení) náboje, musí být drát ohnut, složen a přerušen.Když náboj osciluje v časově harmonickém pohybu, bude také produkovat periodické zrychlení (nebo zpomalení) náboje nebo časově proměnný proud.Proto:
1) Pokud se náboj nepohne, nebude proudit ani radiace.
2) Pokud se náboj pohybuje konstantní rychlostí:
A.Pokud je drát rovný a má nekonečnou délku, nedochází k žádnému záření.
b.Pokud je drát ohnutý, přeložený nebo nespojitý, jak je znázorněno na obrázku 2, dochází k záření.
3) Pokud náboj v průběhu času osciluje, náboj bude vyzařovat, i když je drát rovný.
Obrázek 2
Kvalitativní pochopení mechanismu záření lze získat pohledem na pulzní zdroj připojený k otevřenému vodiči, který může být uzemněn přes zátěž na jeho otevřeném konci, jak je znázorněno na obrázku 2(d).Když je drát zpočátku nabuzen, náboje (volné elektrony) v drátu jsou uvedeny do pohybu elektrickými siločárami generovanými zdrojem.Jak jsou náboje urychlovány na zdrojovém konci drátu a zpomalovány (záporné zrychlení vzhledem k původnímu pohybu), když se odrážejí na jeho konci, na jeho koncích a podél zbytku drátu se vytváří pole záření.Zrychlení nábojů je dosaženo externím zdrojem síly, který uvádí náboje do pohybu a vytváří související radiační pole.Zpomalení nábojů na koncích drátu je dosaženo vnitřními silami spojenými s indukovaným polem, které je způsobeno akumulací koncentrovaných nábojů na koncích drátu.Vnitřní síly získávají energii z akumulace náboje, když jeho rychlost klesá na nulu na koncích drátu.Mechanismy pro generování elektromagnetického záření jsou proto zrychlení nábojů v důsledku buzení elektrického pole a zpomalení nábojů v důsledku diskontinuity nebo hladké křivky impedance drátu.Přestože proudová hustota (Jc) i nábojová hustota (qv) jsou zdrojovými pojmy v Maxwellových rovnicích, náboj je považován za podstatnější veličinu, zejména pro přechodová pole.I když se toto vysvětlení záření používá především pro přechodné stavy, lze jej použít i pro vysvětlení záření v ustáleném stavu.
Doporučit několik vynikajícíchanténní produktyvyrobenoRFMISO:
RM-TCR406,4
RM-BCA082-4（0,8–2 GHz)
RM-SWA910-22 (9-10 GHz)
2. Dvouvodičové záření
Připojte zdroj napětí k dvouvodičové přenosové lince připojené k anténě, jak je znázorněno na obrázku 3(a).Přivedením napětí na dvouvodičové vedení vzniká mezi vodiči elektrické pole.Siločáry elektrického pole působí na volné elektrony (snadno oddělené od atomů) připojené ke každému vodiči a nutí je k pohybu.Pohyb nábojů generuje proud, který zase vytváří magnetické pole.
Obrázek 3
Přijali jsme, že elektrické siločáry začínají kladnými náboji a končí zápornými náboji.Samozřejmě mohou také začínat kladnými náboji a končit v nekonečnu;nebo začít v nekonečnu a končit zápornými náboji;nebo tvoří uzavřené smyčky, které nezačínají ani nekončí žádnými náboji.Magnetické siločáry vždy tvoří uzavřené smyčky kolem vodičů s proudem, protože ve fyzice neexistují žádné magnetické náboje.V některých matematických vzorcích jsou zavedeny ekvivalentní magnetické náboje a magnetické proudy, aby se ukázala dualita mezi řešeními zahrnujícími výkon a magnetické zdroje.
Čáry elektrického pole nakreslené mezi dvěma vodiči pomáhají ukázat rozložení náboje.Pokud předpokládáme, že zdroj napětí je sinusový, očekáváme, že elektrické pole mezi vodiči bude také sinusové s periodou rovnou periodě zdroje.Relativní velikost intenzity elektrického pole je reprezentována hustotou siločar elektrického pole a šipky ukazují relativní směr (kladný nebo záporný).Generování časově proměnných elektrických a magnetických polí mezi vodiči vytváří elektromagnetickou vlnu, která se šíří podél přenosového vedení, jak je znázorněno na obrázku 3(a).Elektromagnetická vlna vstupuje do antény s nábojem a odpovídajícím proudem.Pokud odstraníme část struktury antény, jak je znázorněno na obrázku 3(b), může vzniknout vlna volného prostoru „spojením“ otevřených konců siločar elektrického pole (znázorněno tečkovanými čarami).Vlna ve volném prostoru je také periodická, ale bod konstantní fáze P0 se pohybuje směrem ven rychlostí světla a urazí vzdálenost λ/2 (do P1) za poloviční časový úsek.V blízkosti antény se bod s konstantní fází P0 pohybuje rychleji než rychlost světla a blíží se rychlosti světla v bodech vzdálených od antény.Obrázek 4 ukazuje rozložení elektrického pole ve volném prostoru antény λ∕2 při t = 0, t/8, t/4 a 3T/8.
Obrázek 4 Rozložení elektrického pole ve volném prostoru antény λ∕2 při t = 0, t/8, t/4 a 3T/8
Není známo, jak jsou vedené vlny odděleny od antény a případně formovány tak, aby se šířily volným prostorem.Řízené a volné prostorové vlny můžeme přirovnat k vodním vlnám, které může způsobit kámen upuštěný v klidné vodní hladině nebo jiným způsobem.Jakmile začne narušení ve vodě, vytvoří se vodní vlny a začnou se šířit ven.I když rušení ustane, vlny se nezastaví, ale šíří se dál.Pokud porucha přetrvává, neustále se generují nové vlny a šíření těchto vln zaostává za ostatními vlnami.
Totéž platí pro elektromagnetické vlny generované elektrickými poruchami.Pokud je počáteční elektrické rušení ze zdroje krátkého trvání, generované elektromagnetické vlny se šíří uvnitř přenosového vedení, pak vstupují do antény a nakonec vyzařují jako vlny volného prostoru, i když buzení již není přítomno (stejně jako vodní vlny a narušení, které způsobili).Pokud je elektrické rušení nepřetržité, elektromagnetické vlny existují nepřetržitě a následují je těsně za nimi během šíření, jak ukazuje bikónická anténa znázorněná na obrázku 5. Když jsou elektromagnetické vlny uvnitř přenosových vedení a antén, jejich existence souvisí s existencí el. náboj uvnitř vodiče.Když jsou však vlny vyzařovány, tvoří uzavřenou smyčku a není zde žádný náboj, který by udržoval jejich existenci.To nás vede k závěru, že:
Vybuzení pole vyžaduje zrychlení a zpomalení náboje, ale údržba pole nevyžaduje zrychlení a zpomalení náboje.
Obrázek 5
3. Dipólové záření
Snažíme se vysvětlit mechanismus, kterým se siločáry elektrického pole odtrhávají od antény a vytvářejí vlny ve volném prostoru, a jako příklad si vezmeme dipólovou anténu.Ačkoli se jedná o zjednodušené vysvětlení, umožňuje také lidem intuitivně vidět generování vln ve volném prostoru.Obrázek 6(a) ukazuje elektrické siločáry generované mezi dvěma rameny dipólu, když se elektrické siločáry pohybují směrem ven o λ∕4 v první čtvrtině cyklu.Pro tento příklad předpokládejme, že počet vytvořených siločar elektrického pole je 3. V další čtvrtině cyklu se původní tři siločáry elektrického pole posunou o další λ∕4 (celkem λ∕2 od výchozího bodu), a hustota náboje na vodiči začíná klesat.Lze jej považovat za vytvořený zavedením opačných nábojů, které na konci první poloviny cyklu vyruší náboje na vodiči.Elektrické siločáry generované opačnými náboji jsou 3 a pohybují se o vzdálenost λ∕4, což je znázorněno tečkovanými čarami na obrázku 6(b).
Konečným výsledkem je, že existují tři sestupné elektrické siločáry v první vzdálenosti λ∕4 a stejný počet vzestupných elektrických siločar ve druhé vzdálenosti λ∕4.Protože na anténě není žádný čistý náboj, musí být siločáry elektrického pole nuceny oddělit se od vodiče a spojit se dohromady, aby vytvořily uzavřenou smyčku.To je znázorněno na obrázku 6(c).Ve druhé polovině následuje stejný fyzikální proces, ale všimněte si, že směr je opačný.Poté se proces opakuje a pokračuje do nekonečna a vytváří distribuci elektrického pole podobnou obrázku 4.
Obrázek 6
Chcete-li se dozvědět více o anténách, navštivte:
Čas odeslání: 20. června 2024
