Apabila ia berkaitan denganantena, persoalan yang paling dibimbangkan orang ramai ialah "Bagaimanakah sinaran sebenarnya dicapai?" Bagaimanakah medan elektromagnet yang dijana oleh sumber isyarat merambat melalui talian penghantaran dan di dalam antena, dan akhirnya "terpisah" daripada antena untuk membentuk gelombang ruang bebas.
1. Sinaran dawai 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 yang ditunjukkan dalam Rajah 1.
Rajah 1
Jumlah cas Q dalam isipadu V bergerak dalam arah z pada kelajuan seragam Vz (m/s). Dapat dibuktikan bahawa ketumpatan arus Jz pada keratan rentas dawai ialah:
Jz = qv vz （1）
Jika dawai diperbuat daripada konduktor ideal, ketumpatan arus Js pada permukaan dawai ialah:
Js = qs vz （2）
Di mana qs ialah ketumpatan cas permukaan. Jika dawai sangat nipis (idealnya, jejari ialah 0), arus dalam dawai boleh dinyatakan sebagai:
Iz = ql vz (3)
Di mana ql (coulomb/meter) ialah cas per unit panjang.
Kami terutamanya memberi perhatian kepada wayar nipis, dan kesimpulannya terpakai kepada tiga kes di atas. Jika arus berubah mengikut masa, terbitan formula (3) terhadap masa adalah seperti berikut:
（4）
az ialah pecutan cas. Jika panjang dawai ialah l, (4) boleh ditulis seperti berikut:
（5）
Persamaan (5) ialah hubungan asas antara arus dan cas, dan juga hubungan asas sinaran elektromagnet. Secara ringkasnya, untuk menghasilkan sinaran, mesti ada arus atau pecutan (atau nyahpecutan) cas yang berubah mengikut masa. Kita biasanya menyebut arus dalam aplikasi harmonik masa, dan cas paling kerap disebut dalam aplikasi sementara. Untuk menghasilkan pecutan (atau nyahpecutan) cas, wayar mesti dibengkokkan, dilipat, dan tidak berterusan. Apabila cas berayun dalam gerakan harmonik masa, ia juga akan menghasilkan pecutan (atau nyahpecutan) cas berkala atau arus yang berubah mengikut masa. Oleh itu:
1) Jika cas tidak bergerak, tidak akan ada arus dan tiada sinaran.
2) Jika cas bergerak pada kelajuan malar:
a. Jika dawai itu lurus dan panjangnya tidak terhingga, tiada sinaran.
b. Jika dawai bengkok, dilipat, atau tidak selanjar, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2, terdapat sinaran.
3) Jika cas berayun dari semasa ke semasa, cas akan memancar walaupun dawai 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 yang ditunjukkan dalam Rajah 2(d). Apabila wayar pada mulanya diberi tenaga, cas (elektron bebas) dalam wayar akan digerakkan oleh garisan medan elektrik yang dijana oleh sumber tersebut. Apabila cas dipercepatkan pada hujung sumber wayar dan diperlahankan (pecutan negatif berbanding gerakan asal) apabila dipantulkan pada hujungnya, medan sinaran dijana pada hujungnya dan sepanjang seluruh wayar. Pecutan cas dicapai oleh sumber daya luaran yang menggerakkan cas dan menghasilkan medan sinaran yang berkaitan. Perlahanan cas pada hujung wayar dicapai oleh daya dalaman yang berkaitan dengan medan teraruh, yang disebabkan oleh pengumpulan cas tertumpu pada hujung wayar. Daya dalaman memperoleh 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 impedans dawai 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 tentang sinaran ini digunakan terutamanya untuk keadaan sementara, ia juga boleh digunakan untuk menjelaskan sinaran keadaan mantap.
Mengesyor beberapa yang sangat baikproduk antenadihasilkan olehRFMISO:
RM-TCR406.4
RM-BCA082-4（0.8-2GHz)
RM-SWA910-22(9-10GHz)
2. Sinaran dua wayar
Sambungkan sumber voltan ke talian penghantaran dua konduktor yang disambungkan ke antena, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3(a). Penggunaan voltan pada talian dua wayar menghasilkan medan elektrik antara konduktor. Talian medan elektrik bertindak ke atas elektron bebas (mudah dipisahkan daripada atom) yang disambungkan ke setiap konduktor dan memaksanya bergerak. Pergerakan cas menghasilkan arus, yang seterusnya menghasilkan medan magnet.
Rajah 3
Kita telah menerima bahawa garis medan elektrik bermula dengan cas positif dan berakhir dengan cas negatif. Sudah tentu, ia juga boleh bermula dengan cas positif dan berakhir di infiniti; atau bermula di infiniti dan berakhir dengan cas negatif; atau membentuk gelung tertutup yang tidak bermula atau berakhir dengan sebarang cas. Garis medan magnet sentiasa membentuk gelung tertutup di sekitar konduktor yang membawa arus kerana tiada cas magnet dalam fizik. Dalam beberapa formula matematik, cas magnet dan arus magnet yang setara diperkenalkan untuk menunjukkan dualiti antara penyelesaian yang melibatkan kuasa dan sumber magnet.
Garisan medan elektrik yang dilukis di antara dua konduktor membantu menunjukkan taburan cas. Jika kita menganggap bahawa sumber voltan adalah sinusoidal, kita menjangkakan medan elektrik di antara konduktor juga sinusoidal dengan tempoh yang sama dengan sumbernya. Magnitud relatif kekuatan medan elektrik diwakili oleh ketumpatan garisan medan elektrik, dan anak panah menunjukkan arah relatif (positif atau negatif). Penjanaan medan elektrik dan magnet yang berubah-ubah mengikut masa antara konduktor membentuk gelombang elektromagnet yang merambat di 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 garisan putus-putus). Gelombang ruang bebas juga berkala, tetapi titik fasa malar P0 bergerak ke luar pada kelajuan cahaya dan bergerak sejauh λ/2 (ke P1) dalam separuh tempoh masa. Berhampiran antena, titik fasa malar P0 bergerak lebih laju daripada kelajuan cahaya dan menghampiri kelajuan cahaya pada titik yang jauh dari antena. Rajah 4 menunjukkan taburan medan elektrik ruang bebas 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 daripada antena dan akhirnya terbentuk untuk merambat di ruang bebas. Kita boleh membandingkan gelombang berpandu dan ruang bebas dengan gelombang air, yang boleh disebabkan oleh batu yang dijatuhkan di dalam 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, gelombang tidak berhenti tetapi terus merambat ke hadapan. Jika gangguan itu berterusan, gelombang baharu sentiasa dijana, dan perambatan gelombang ini ketinggalan di belakang gelombang lain.
Begitu juga dengan gelombang elektromagnet yang dihasilkan oleh gangguan elektrik. Jika gangguan elektrik awal dari sumber adalah untuk tempoh yang singkat, gelombang elektromagnet yang dihasilkan akan merambat di dalam talian penghantaran, kemudian memasuki antena, dan akhirnya memancar sebagai gelombang ruang bebas, walaupun pengujaan tidak lagi wujud (sama seperti gelombang air dan gangguan yang dihasilkannya). Jika gangguan elektrik berterusan, gelombang elektromagnet wujud secara berterusan dan mengikuti rapat di belakangnya semasa perambatan, seperti yang ditunjukkan dalam antena bikon yang ditunjukkan dalam Rajah 5. Apabila gelombang elektromagnet berada di dalam talian penghantaran dan antena, kewujudannya berkaitan dengan kewujudan cas elektrik di dalam konduktor. Walau bagaimanapun, apabila gelombang dipancarkan, ia membentuk gelung tertutup dan tiada cas untuk mengekalkan kewujudannya. Ini membawa kita kepada kesimpulan bahawa:
Pengujaan medan memerlukan pecutan dan nyahpecutan cas, tetapi pengekalan medan tidak memerlukan pecutan dan nyahpecutan cas.
Rajah 5
3. Sinaran Dipol
Kami cuba menjelaskan mekanisme di mana garis medan elektrik terputus dari antena dan membentuk gelombang ruang bebas, dan mengambil antena dipol sebagai contoh. Walaupun ia merupakan penjelasan yang dipermudahkan, ia juga membolehkan orang ramai melihat secara intuitif penjanaan gelombang ruang bebas. Rajah 6(a) menunjukkan garis medan elektrik yang dijana di antara dua lengan dipol apabila garis medan elektrik bergerak ke luar sebanyak λ/4 pada suku pertama kitaran. Untuk contoh ini, mari kita andaikan bahawa bilangan garis medan elektrik yang terbentuk ialah 3. Pada suku seterusnya kitaran, tiga garis medan elektrik asal bergerak lagi λ/4 (jumlah λ/2 dari titik permulaan), dan ketumpatan cas pada konduktor mula berkurangan. Ia boleh dianggap terbentuk dengan pengenalan cas bertentangan, yang membatalkan cas pada konduktor pada akhir separuh pertama kitaran. Garis 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).
Hasil akhir ialah terdapat tiga garis medan elektrik ke bawah pada jarak λ/4 yang pertama dan bilangan garis medan elektrik ke atas yang sama pada jarak λ/4 yang kedua. Oleh kerana tiada cas bersih pada antena, garis medan elektrik mesti dipaksa untuk terpisah daripada konduktor dan bergabung bersama untuk membentuk gelung tertutup. Ini ditunjukkan dalam Rajah 6(c). Pada separuh kedua, proses fizikal yang sama diikuti, tetapi perhatikan bahawa arahnya adalah bertentangan. Selepas itu, proses ini diulang dan berterusan selama-lamanya, membentuk taburan medan elektrik yang serupa dengan Rajah 4.
Rajah 6
Untuk mengetahui lebih lanjut tentang antena, sila layari:
Masa siaran: 20-Jun-2024
