Apabila ia datang kepadaantena, soalan yang paling dibimbangkan oleh orang ramai ialah "Bagaimanakah sinaran sebenarnya dicapai?"Bagaimanakah medan elektromagnet yang dihasilkan oleh sumber isyarat merambat melalui talian penghantaran dan di dalam antena, dan akhirnya "terpisah" daripada antena untuk membentuk gelombang ruang bebas.
1. Sinaran wayar tunggal
Mari kita andaikan bahawa ketumpatan cas, dinyatakan sebagai qv (Coulomb/m3), diagihkan secara seragam dalam dawai bulat dengan luas keratan rentas a dan isipadu V, seperti ditunjukkan dalam Rajah 1.
Rajah 1
Jumlah cas Q dalam isipadu V bergerak ke arah z pada kelajuan seragam Vz (m/s).Boleh dibuktikan bahawa ketumpatan arus Jz pada keratan rentas wayar ialah:
Jz = qv vz （1）
Jika wayar diperbuat daripada konduktor yang ideal, ketumpatan arus Js pada permukaan wayar ialah:
Js = qs vz （2）
Di mana qs ialah ketumpatan cas permukaan.Jika wayar sangat nipis (idealnya, jejari ialah 0), arus dalam wayar boleh dinyatakan sebagai:
Iz = ql vz (3)
Di mana ql (coulomb/meter) ialah cas per unit panjang.
Kami terutamanya prihatin dengan wayar nipis, dan kesimpulannya digunakan untuk tiga kes di atas.Jika arus berubah-ubah masa, terbitan formula (3) berkenaan dengan masa adalah seperti berikut:
（4）
az ialah pecutan cas.Jika panjang wayar ialah l, (4) boleh ditulis seperti berikut:
（5）
Persamaan (5) ialah hubungan asas antara arus dan cas, dan juga hubungan asas sinaran elektromagnet.Ringkasnya, untuk menghasilkan sinaran, mesti ada arus yang berubah-ubah masa atau pecutan (atau nyahpecutan) cas.Kami biasanya menyebut semasa dalam aplikasi harmoni masa, dan caj paling kerap disebut dalam aplikasi sementara.Untuk menghasilkan pecutan cas (atau nyahpecutan), wayar mesti dibengkokkan, dilipat dan tidak berterusan.Apabila cas berayun dalam gerakan harmonik masa, ia juga akan menghasilkan pecutan cas berkala (atau nyahpecutan) atau arus perubahan masa.Oleh itu:
1) Jika cas tidak bergerak, tiada arus dan tiada sinaran.
2) Jika cas bergerak pada kelajuan tetap:
a.Jika wayar lurus dan panjang tidak terhingga, tiada sinaran.
b.Jika wayar bengkok, dilipat atau tidak berterusan, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2, terdapat sinaran.
3) Jika cas berayun dari semasa ke semasa, cas akan memancar walaupun wayar lurus.
Rajah 2
Pemahaman kualitatif tentang mekanisme sinaran boleh diperolehi dengan melihat sumber berdenyut yang disambungkan kepada wayar terbuka yang boleh dibumikan melalui beban pada hujung terbukanya, seperti ditunjukkan dalam Rajah 2(d).Apabila wayar pada mulanya ditenagakan, cas (elektron bebas) dalam wayar digerakkan oleh garisan medan elektrik yang dihasilkan oleh sumber.Memandangkan cas dipercepatkan pada hujung punca wayar dan dinyahpecutan (pecutan negatif berbanding gerakan asal) apabila dipantulkan pada hujungnya, medan sinaran dijana pada hujungnya dan sepanjang wayar yang lain.Pecutan cas dicapai oleh sumber daya luaran yang menggerakkan cas dan menghasilkan medan sinaran yang berkaitan.Nyahpecutan cas pada hujung wayar dicapai oleh daya dalaman yang berkaitan dengan medan teraruh, yang disebabkan oleh pengumpulan cas tertumpu pada hujung wayar.Daya dalaman mendapat tenaga daripada pengumpulan cas apabila halajunya berkurangan kepada sifar pada hujung wayar.Oleh itu, pecutan cas akibat pengujaan medan elektrik dan nyahpecutan cas akibat ketakselanjaran atau lengkung licin galangan wayar adalah mekanisme untuk penjanaan sinaran elektromagnet.Walaupun kedua-dua ketumpatan arus (Jc) dan ketumpatan cas (qv) adalah istilah sumber dalam persamaan Maxwell, cas dianggap sebagai kuantiti yang lebih asas, terutamanya untuk medan sementara.Walaupun penjelasan sinaran ini digunakan terutamanya untuk keadaan sementara, ia juga boleh digunakan untuk menerangkan sinaran keadaan mantap.
Mengesyorkan beberapa yang sangat baikproduk antenadikeluarkan olehRFMISO:
RM-TCR406.4
RM-BCA082-4（0.8-2GHz)
RM-SWA910-22(9-10GHz)
2. Sinaran dua wayar
Sambungkan sumber voltan kepada talian penghantaran dua konduktor yang disambungkan kepada antena, seperti ditunjukkan dalam Rajah 3(a).Menggunakan voltan pada talian dua wayar menjana medan elektrik antara konduktor.Garisan medan elektrik bertindak pada elektron bebas (mudah dipisahkan daripada atom) yang disambungkan kepada setiap konduktor dan memaksa mereka untuk bergerak.Pergerakan cas menghasilkan arus, yang seterusnya menghasilkan medan magnet.
Rajah 3
Kami telah menerima bahawa talian medan elektrik bermula dengan cas positif dan berakhir dengan cas negatif.Sudah tentu, mereka juga boleh bermula dengan caj positif dan berakhir pada infiniti;atau bermula pada infiniti dan berakhir dengan cas negatif;atau membentuk gelung tertutup yang tidak bermula atau berakhir dengan sebarang caj.Garis medan magnet sentiasa membentuk gelung tertutup di sekeliling konduktor pembawa arus kerana tiada cas magnet dalam fizik.Dalam beberapa formula matematik, cas magnet setara dan arus magnet diperkenalkan untuk menunjukkan dualiti antara penyelesaian yang melibatkan kuasa dan sumber magnet.
Garisan medan elektrik yang dilukis di antara dua konduktor membantu menunjukkan pengagihan cas.Jika kita mengandaikan bahawa punca voltan adalah sinusoidal, kita menjangkakan medan elektrik antara konduktor juga sinusoidal dengan tempoh yang sama dengan punca itu.Magnitud relatif kekuatan medan elektrik diwakili oleh ketumpatan garis medan elektrik, dan anak panah menunjukkan arah relatif (positif atau negatif).Penjanaan medan elektrik dan magnet yang berubah-ubah masa antara konduktor membentuk gelombang elektromagnet yang merambat sepanjang talian penghantaran, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3(a).Gelombang elektromagnet memasuki antena dengan cas dan arus yang sepadan.Jika kita mengeluarkan sebahagian daripada struktur antena, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3(b), gelombang ruang bebas boleh dibentuk dengan "menyambungkan" hujung terbuka garisan medan elektrik (ditunjukkan oleh garis putus-putus).Gelombang ruang bebas juga berkala, tetapi titik fasa malar P0 bergerak ke luar pada kelajuan cahaya dan bergerak pada jarak λ/2 (ke P1) dalam setengah tempoh masa.Berhampiran antena, titik fasa malar P0 bergerak lebih cepat daripada kelajuan cahaya dan menghampiri kelajuan cahaya pada titik jauh dari antena.Rajah 4 menunjukkan taburan medan elektrik ruang bebas bagi antena λ∕2 pada t = 0, t/8, t/4, dan 3T/8.
Rajah 4 Taburan medan elektrik ruang bebas bagi antena λ∕2 pada t = 0, t/8, t/4 dan 3T/8
Tidak diketahui bagaimana gelombang berpandu dipisahkan dari antena dan akhirnya terbentuk untuk merambat di ruang bebas.Kita boleh membandingkan gelombang ruang terpandu dan bebas dengan gelombang air, yang boleh disebabkan oleh batu yang dijatuhkan dalam badan air yang tenang atau dengan cara lain.Sebaik sahaja gangguan di dalam air bermula, gelombang air dijana dan mula merambat ke luar.Walaupun gangguan itu berhenti, ombak tidak berhenti tetapi terus merambat ke hadapan.Jika gangguan berterusan, gelombang baru sentiasa dihasilkan, dan perambatan gelombang ini ketinggalan daripada gelombang lain.
Perkara yang sama berlaku untuk gelombang elektromagnet yang dihasilkan oleh gangguan elektrik.Jika gangguan elektrik awal dari sumber adalah dalam tempoh yang singkat, gelombang elektromagnet yang dihasilkan merambat di dalam talian penghantaran, kemudian memasuki antena, dan akhirnya memancar sebagai gelombang ruang bebas, walaupun pengujaan tidak lagi hadir (sama seperti gelombang air dan gangguan yang mereka ciptakan).Jika gangguan elektrik berterusan, gelombang elektromagnet wujud secara berterusan dan mengikuti rapat di belakangnya semasa perambatan, seperti yang ditunjukkan dalam antena biconical yang ditunjukkan dalam Rajah 5. Apabila gelombang elektromagnet berada di dalam talian penghantaran dan antena, kewujudannya adalah berkaitan dengan kewujudan elektrik. cas di dalam konduktor.Walau bagaimanapun, apabila gelombang dipancarkan, ia membentuk gelung tertutup dan tiada caj untuk mengekalkan kewujudannya.Ini membawa kita kepada kesimpulan bahawa:
Pengujaan medan memerlukan pecutan dan nyahpecutan cas, tetapi penyelenggaraan medan tidak memerlukan pecutan dan nyahpecutan cas.
Rajah 5
3. Sinaran Dipol
Kami cuba menerangkan mekanisme yang mana garisan medan elektrik terputus dari antena dan membentuk gelombang ruang bebas, dan mengambil antena dipol sebagai contoh.Walaupun ia adalah penjelasan yang ringkas, ia juga membolehkan orang ramai melihat penjanaan gelombang ruang bebas secara intuitif.Rajah 6(a) menunjukkan garisan medan elektrik yang dijana antara dua lengan dipol apabila garisan medan elektrik bergerak ke luar sebanyak λ∕4 pada suku pertama kitaran.Untuk contoh ini, mari kita anggap bahawa bilangan garis medan elektrik yang terbentuk ialah 3. Pada suku seterusnya kitaran, tiga garis medan elektrik asal menggerakkan λ∕4 lagi (jumlah λ∕2 dari titik permulaan), dan ketumpatan cas pada konduktor mula berkurangan.Ia boleh dianggap terbentuk dengan pengenalan caj bertentangan, yang membatalkan caj pada konduktor pada penghujung separuh pertama kitaran.Garisan medan elektrik yang dijana oleh cas bertentangan ialah 3 dan bergerak pada jarak λ∕4, yang diwakili oleh garis putus-putus dalam Rajah 6(b).
Keputusan akhir ialah terdapat tiga garis medan elektrik ke bawah dalam jarak λ∕4 pertama dan bilangan garis medan elektrik ke atas yang sama dalam jarak λ∕4 kedua.Oleh kerana tiada cas bersih pada antena, garisan medan elektrik mesti dipaksa untuk berpisah daripada konduktor dan bergabung bersama untuk membentuk gelung tertutup.Ini ditunjukkan dalam Rajah 6(c).Pada separuh masa kedua, proses fizikal yang sama diikuti, tetapi ambil perhatian bahawa arahnya adalah bertentangan.Selepas itu, proses diulang dan berterusan selama-lamanya, membentuk taburan medan elektrik serupa dengan Rajah 4.
Rajah 6
Untuk mengetahui lebih lanjut tentang antena, sila lawati:
Masa siaran: Jun-20-2024
