Wann et drëms geetAntennen, d'Fro, déi d'Leit am meeschte besuergt sinn, ass "Wéi gëtt d'Strahlung tatsächlech erreecht?" Wéi propagéiert dat elektromagnéitescht Feld generéiert vun der Signalquell duerch d'Transmissiounslinn a bannent der Antenne, a schliisslech "trennt" sech vun der Antenne fir eng fräi Raumwelle ze bilden.
1. Single Drot Stralung
Loosst eis unhuelen datt d'Laaschtdicht, ausgedréckt als qv (Coulomb/m3), gläichméisseg an engem kreesfërmege Drot mat engem Querschnittsfläch vun a an engem Volume vu V verdeelt ass, wéi an der Figur 1 gewisen.
Figur 1
D'Gesamtladung Q am Volume V beweegt sech an d'Z-Richtung mat enger eenheetlecher Geschwindegkeet Vz (m/s). Et kann bewisen ginn datt déi aktuell Dicht Jz um Querschnitt vum Drot ass:
Jz = qv vz （1）
Wann den Drot aus engem idealen Dirigent gemaach gëtt, ass d'Stromdicht Js op der Drotfläch:
Js = qs vz （2）
Wou qs d'Uewerflächladungsdicht ass. Wann den Drot ganz dënn ass (am Idealfall ass de Radius 0), kann de Stroum am Drot ausgedréckt ginn:
Iz = ql vz (3)
Wou ql (coulomb / Meter) d'Laascht pro Eenheet Längt ass.
Mir sinn haaptsächlech mat dënnen Drot beschäftegt, an d'Conclusiounen gëllen fir déi uewe genannte dräi Fäll. Wann de Stroum mat Zäit variéiert ass, ass d'Derivat vun der Formel (3) mat Respekt fir Zäit wéi follegt:
(4)
az ass d'Ladebeschleunegung. Wann d'Draadlängt l ass, kann (4) wéi follegt geschriwwe ginn:
(5)
Equatioun (5) ass d'Basisbezéiung tëscht Stroum a Ladung, an och d'Basisbezéiung vun der elektromagnetescher Stralung. Einfach gesot, fir Stralung ze produzéieren, muss et eng Zäit-variéierend Stroum oder Beschleunegung (oder Verzögerung) vun der Ladung sinn. Mir ernimmen normalerweis aktuell an Zäit-harmonesch Uwendungen, a Charge gëtt am meeschten an transienten Uwendungen ernimmt. Fir Ladungsbeschleunegung (oder Verzögerung) ze produzéieren, muss den Drot gebéit, geklappt an diskontinuéierlech sinn. Wann d'Laascht an der Zäitharmonescher Bewegung oszilléiert, wäert et och periodesch Ladungsbeschleunigung (oder Verzögerung) oder Zäit-variéierend Stroum produzéieren. Dofir:
1) Wann d'Laascht net beweegt, gëtt et kee Stroum a keng Stralung.
2) Wann d'Laascht mat enger konstanter Geschwindegkeet bewegt:
a. Wann den Drot riicht an onendlech Längt ass, gëtt et keng Stralung.
b. Wann den Drot gebéit, geklappt oder diskontinuéierlech ass, wéi an der Figur 2 gewisen, gëtt et Stralung.
3) Wann d'Laascht mat der Zäit oszilléiert, wäert d'Laascht ausstrahlen och wann den Drot riicht ass.
Figur 2
Eng qualitativ Versteesdemech vun der Stralung Mechanismus kann duerch e Bléck op eng gepulster Quell zu engem oppen Drot verbonne ginn, datt duerch eng Laascht op seng oppen Enn gebass gin kann, wéi an der Figur gewisen 2 (d). Wann den Drot am Ufank energesch ass, ginn d'Laascht (fräi Elektronen) am Drot a Bewegung gesat vun den elektresche Feldlinnen, déi vun der Quell generéiert ginn. Wéi d'Laascht um Quellend vum Drot beschleunegt ginn an ofgeschalt ginn (negativ Beschleunegung relativ zu der ursprénglecher Bewegung) wann se um Enn reflektéiert ginn, gëtt e Stralungsfeld op sengen Enn a laanscht de Rescht vum Drot generéiert. D'Beschleunegung vun de Ladungen gëtt duerch eng extern Kraaftquell erreecht, déi d'Laascht a Bewegung setzt an dat assoziéiert Stralungsfeld produzéiert. D'Verzögerung vun de Ladungen um Enn vum Drot gëtt erreecht duerch intern Kräfte verbonne mat dem induzéierte Feld, wat duerch d'Akkumulation vu konzentréierte Ladungen un den Enden vum Drot verursaacht gëtt. Déi intern Kräfte gewannen Energie aus der Akkumulation vun der Ladung well seng Geschwindegkeet op Null um Enn vum Drot erofgeet. Dofir sinn d'Beschleunigung vun de Ladungen duerch d'elektrescht Feldexcitatioun an d'Verzögerung vun de Ladungen wéinst der Diskontinuitéit oder der glater Curve vun der Drotimpedanz d'Mechanismen fir d'Generatioun vun elektromagnetescher Stralung. Och wa béid Stroumdicht (Jc) a Ladungsdicht (qv) Quellbegrëffer an de Maxwell Equatiounen sinn, gëtt d'Laascht als eng méi fundamental Quantitéit ugesinn, besonnesch fir transient Felder. Och wann dës Erklärung vun der Stralung haaptsächlech fir transiente Staaten benotzt gëtt, kann se och benotzt ginn fir d'Staady-State Stralung z'erklären.
Recommandéieren puer excellentAntenne Produkterhiergestallt vunRFMISO:
RM-TCR406,4
RM-BCA082-4 (0,8-2GHz)
RM-SWA910-22 (9-10GHz)
2. Zwee-Drot Stralung
Connect eng Spannungsquell op eng zwee-Dirigent Iwwerdroungslinn verbonne mat enger Antenne, wéi an der Figur 3 (a) gewisen. Spannung op d'Zwee-Drot Linn applizéiert generéiert en elektrescht Feld tëscht den Dirigenten. Déi elektresch Feldlinnen handelen op déi fräi Elektronen (liicht getrennt vun Atomer) verbonne mat all Dirigent a forcéiere se ze bewegen. D'Bewegung vun de Ladungen generéiert Stroum, deen am Tour e Magnéitfeld generéiert.
Figur 3
Mir hunn akzeptéiert datt elektresch Feldlinne mat positiven Ladungen ufänken a mat negativen Ladungen ophalen. Natierlech kënne se och mat positiven Ladungen ufänken an op Infinity ophalen; oder fänkt un der Onendlechkeet un a schléisst mat negativen Ladungen op; oder Form zougemaach Schleifen déi weder ufänken nach mat all Käschten ophalen. Magnéitfeldlinne bilden ëmmer zoue Schleifen ronderëm Stroumleiter, well et keng magnetesch Ladungen an der Physik gëtt. A verschiddene mathematesche Formelen ginn gläichwäerteg magnetesch Ladungen a magnetesch Stréim agefouert fir d'Dualitéit tëscht Léisungen ze weisen, déi Kraaft a magnetesch Quellen involvéieren.
Déi elektresch Feldlinnen, déi tëscht zwee Dirigenten gezunn sinn, hëllefen d'Verdeelung vun der Ladung ze weisen. Wa mir unhuelen datt d'Spannungsquell sinusform ass, erwaarden mir datt d'elektrescht Feld tëscht den Dirigenten och sinusform ass mat enger Period gläich wéi déi vun der Quell. D'relativ Gréisst vun der elektrescher Feldstäerkt gëtt duerch d'Dicht vun den elektresche Feldlinnen duergestallt, an d'Pfeile weisen d'relativ Richtung (positiv oder negativ). D'Generatioun vun Zäit-variéierend elektresch a magnetesche Felder tëscht den Dirigenten bilden eng elektromagnéitesch Welle déi laanscht d'Transmissiounslinn propagéiert, wéi an der Figur 3(a) gewisen. Déi elektromagnetesch Welle geet an d'Antenne mat der Ladung an dem entspriechende Stroum. Wa mir en Deel vun der Antennestruktur ewechhuelen, wéi an der Figur 3 (b) gewisen, kann eng Fräiraumwelle geformt ginn andeems se déi oppe Enden vun den elektresche Feldlinnen "verbinden" (gezeechent duerch de gestippelte Linnen). D'Fräiraumwelle ass och periodesch, awer de konstante Phasepunkt P0 beweegt sech no baussen mat der Liichtgeschwindegkeet a reest eng Distanz vun λ/2 (bis P1) an enger hallwer Zäit. No der Antenne beweegt sech de konstante Phasepunkt P0 méi séier wéi d'Liichtgeschwindegkeet a kënnt op Punkte wäit vun der Antenne un d'Liichtgeschwindegkeet. Figur 4 weist d'Fräiraum elektresch Feldverdeelung vun der λ∕2 Antenne bei t = 0, t/8, t/4 an 3T/8.
Figur 4 Fräiraum elektresch Feldverdeelung vun der λ∕2 Antenne bei t = 0, t/8, t/4 an 3T/8
Et ass net bekannt wéi déi guidéiert Wellen vun der Antenne getrennt sinn a schliisslech geformt ginn fir sech am fräie Raum ze propagéieren. Mir kënne guidéiert a fräi Raumwellen mat Waasserwellen vergläichen, déi duerch e Steen, deen an engem rouege Waasserkierper gefall ass oder op aner Manéier verursaacht ginn. Wann d'Stéierung am Waasser ufänkt, gi Waasserwellen generéiert a fänken no baussen ze propagéieren. Och wann d'Stéierung ophält, halen d'Wellen net op, mee propagéiere sech weider no vir. Wann d'Stéierung bestoe bleift, ginn stänneg nei Wellen generéiert, an d'Verbreedung vun dëse Wellen bleift hannert deenen anere Wellen.
Dat selwecht gëllt fir elektromagnetesch Wellen, déi duerch elektresch Stéierunge generéiert ginn. Wann déi éischt elektresch Stéierung vun der Quell vu kuerzer Dauer ass, propagéieren déi generéiert elektromagnéitesch Wellen bannent der Iwwerdroungslinn, ginn dann an d'Antenne an a strahlen endlech als fräie Raumwellen aus, och wann d'Excitatioun net méi präsent ass (wéi d'Waasserwellen). an d'Stéierung déi se erstallt hunn). Wann d'elektresch Stéierung kontinuéierlech ass, existéieren d'elektromagnetesch Wellen kontinuéierlech a verfollegen se no der Ausbreedung no, wéi an der bikonescher Antenne gewisen an der Figur 5. Wann elektromagnetesch Wellen bannent Transmissiounslinnen an Antennen sinn, ass hir Existenz mat der Existenz vun elektreschen Zesummenhang verbonnen. charge am Dirigent. Wéi och ëmmer, wann d'Wellen ausstrahlt ginn, bilden se eng zougemaach Loop an et gëtt keng Käschten fir hir Existenz z'erhalen. Dëst féiert eis zu der Conclusioun datt:
Opreegung vum Feld erfuerdert Beschleunegung an Verzögerung vun der Ladung, awer Ënnerhalt vum Feld erfuerdert keng Beschleunegung an Verzögerung vun der Ladung.
Figur 5
3. Dipol Stralung
Mir probéieren de Mechanismus z'erklären, duerch deen d'elektresch Feldlinne vun der Antenne ofbriechen a Fräiraumwellen bilden, an d'Dipolantenne als Beispill huelen. Och wann et eng vereinfacht Erklärung ass, erlaabt et och d'Leit intuitiv d'Generatioun vu fräie Raumwellen ze gesinn. Figur 6(a) weist d'elektresch Feldlinnen, déi tëscht den zwee Waffen vun der Dipol generéiert ginn, wann d'elektresch Feldlinnen no baussen ëm λ∕4 am éischte Véierel vum Zyklus bewegen. Fir dëst Beispill, loosst eis unhuelen datt d'Zuel vun den elektresche Feldlinne geformt ass 3. Am nächste Véierel vum Zyklus beweegen déi ursprénglech dräi elektresch Feldlinnen eng aner λ∕4 (am Ganzen λ∕2 vum Startpunkt), an d'Laaschtdicht op den Dirigent fänkt un ze reduzéieren. Et kann als geformt ginn duerch d'Aféierung vu Géigendeel Käschten, déi d'Käschte vum Dirigent um Enn vun der éischter Halschent vum Zyklus annuléieren. D'elektresch Feldlinnen, déi vun de Géigendeel Ladungen generéiert ginn, sinn 3 a bewegen eng Distanz vun λ∕4, wat duerch d'gepunkte Linnen an der Figur 6(b) duergestallt gëtt.
D'Finale Resultat ass datt et dräi elektresch Feldlinnen no ënnen an der éischter λ∕4 Distanz sinn an déiselwecht Zuel vun erop elektresche Feldlinnen an der zweeter λ∕4 Distanz. Well et keng Nettoladung op der Antenne gëtt, mussen d'elektresch Feldlinne gezwongen sinn aus dem Dirigent ze trennen an zesummen ze kombinéieren fir eng zougemaach Loop ze bilden. Dëst gëtt an der Figur 6 (c) gewisen. An der zweeter Halschent gëtt dee selwechte kierperleche Prozess gefollegt, awer bemierkt datt d'Richtung Géigendeel ass. Duerno gëtt de Prozess widderholl a geet onbestëmmt weider, a bildt eng elektresch Feldverdeelung ähnlech wéi Figur 4.
Figur 6
Fir méi iwwer Antennen ze léieren, besicht w.e.g.:
Post Zäit: Jun-20-2024
