Когда дело доходит доантенны, вопрос, который больше всего беспокоит людей: «Как на самом деле достигается радиация?»Как электромагнитное поле, генерируемое источником сигнала, распространяется по линии передачи и внутри антенны и, наконец, «отделяется» от антенны, образуя волну в свободном пространстве.
1. Однопроводное излучение
Предположим, что плотность заряда, выраженная как qv (Кулон/м3), равномерно распределена в круглом проводе с площадью поперечного сечения a и объемом V, как показано на рисунке 1.
Рисунок 1
Общий заряд Q в объеме V движется в направлении z с равномерной скоростью Vz (м/с).Можно доказать, что плотность тока Jz на сечении провода равна:
Jz = qv vz （1）
Если провод изготовлен из идеального проводника, плотность тока Js на поверхности провода равна:
Js = qs vz （2）
Где qs – поверхностная плотность заряда.Если провод очень тонкий (в идеале радиус равен 0), ток в проводе можно выразить как:
Из = ql vz (3)
Где ql (кулон/метр) — заряд на единицу длины.
В основном нас интересуют тонкие провода, и выводы применимы к трем вышеперечисленным случаям.Если ток меняется во времени, производная формулы (3) по времени имеет следующий вид:
（4）
az – ускорение заряда.Если длина провода равна l, (4) можно записать следующим образом:
（5）
Уравнение (5) представляет собой основную связь между током и зарядом, а также основную связь электромагнитного излучения.Проще говоря, для образования излучения необходим изменяющийся во времени ток или ускорение (или замедление) заряда.Мы обычно упоминаем ток в приложениях, связанных с гармониками времени, а заряд чаще всего упоминается в приложениях с переходными процессами.Чтобы вызвать ускорение (или замедление) заряда, проволока должна быть согнута, сложена и прерывиста.Когда заряд колеблется в гармоническом движении во времени, он также вызывает периодическое ускорение (или замедление) заряда или изменяющийся во времени ток.Поэтому:
1) Если заряд не движется, то не будет ни тока, ни излучения.
2) Если заряд движется с постоянной скоростью:
а.Если провод прямой и бесконечной длины, излучения нет.
б.Если провод согнут, сложен или прерывист, как показано на рисунке 2, имеется излучение.
3) Если заряд колеблется с течением времени, заряд будет излучаться, даже если провод прямой.
фигура 2
Качественное понимание механизма излучения можно получить, рассмотрев импульсный источник, подключенный к разомкнутому проводу, который можно заземлить через нагрузку на открытом конце, как показано на рисунке 2 (d).Когда провод первоначально находится под напряжением, заряды (свободные электроны) в проводе приводятся в движение линиями электрического поля, генерируемыми источником.Поскольку заряды ускоряются на исходном конце провода и замедляются (отрицательное ускорение относительно исходного движения) при отражении на его конце, на его концах и вдоль остальной части провода генерируется поле излучения.Ускорение зарядов осуществляется внешним источником силы, который приводит заряды в движение и создает соответствующее поле излучения.Торможение зарядов на концах проволоки осуществляется внутренними силами, связанными с наведенным полем, вызванным накоплением концентрированных зарядов на концах проволоки.Внутренние силы получают энергию от накопления заряда, когда его скорость уменьшается до нуля на концах проволоки.Поэтому ускорение зарядов за счет возбуждения электрического поля и торможение зарядов за счет разрыва или плавности кривой импеданса провода являются механизмами генерации электромагнитного излучения.Хотя и плотность тока (Jc), и плотность заряда (qv) являются исходными членами в уравнениях Максвелла, заряд считается более фундаментальной величиной, особенно для переходных полей.Хотя это объяснение излучения в основном используется для переходных состояний, его также можно использовать для объяснения стационарного излучения.
Рекомендую несколько отличныхантенная продукцияизготовлены поРФМИСО:
RM-TCR406,4
RM-BCA082-4（0,8–2 ГГц)
РМ-СВА910-22(9-10ГГц)
2. Двухпроводное излучение.
Подключите источник напряжения к двухпроводной линии передачи, подключенной к антенне, как показано на рисунке 3 (а).Подача напряжения на двухпроводную линию создает электрическое поле между проводниками.Линии электрического поля действуют на свободные электроны (легко отделяющиеся от атомов), подключенные к каждому проводнику, и заставляют их двигаться.Движение зарядов порождает ток, который, в свою очередь, порождает магнитное поле.
Рисунок 3
Мы признали, что линии электрического поля начинаются с положительных зарядов и заканчиваются отрицательными зарядами.Конечно, они также могут начинаться с положительных зарядов и заканчиваться бесконечностью;или начать с бесконечности и закончить отрицательными зарядами;или образуют замкнутые петли, которые не начинаются и не заканчиваются никакими зарядами.Линии магнитного поля всегда образуют замкнутые петли вокруг проводников с током, поскольку в физике не существует магнитных зарядов.В некоторые математические формулы вводятся эквивалентные магнитные заряды и магнитные токи, чтобы показать двойственность решений, связанных с энергией и магнитными источниками.
Линии электрического поля, проведенные между двумя проводниками, помогают показать распределение заряда.Если предположить, что источник напряжения имеет синусоидальную форму, мы ожидаем, что электрическое поле между проводниками также будет синусоидальным с периодом, равным периоду источника.Относительная величина напряженности электрического поля представлена плотностью линий электрического поля, а стрелки указывают относительное направление (положительное или отрицательное).Генерация изменяющихся во времени электрических и магнитных полей между проводниками образует электромагнитную волну, которая распространяется вдоль линии передачи, как показано на рисунке 3 (а).Электромагнитная волна поступает в антенну с зарядом и соответствующим током.Если мы удалим часть конструкции антенны, как показано на рисунке 3(b), волна в свободном пространстве может быть сформирована путем «соединения» открытых концов силовых линий электрического поля (показаны пунктирными линиями).Волна в свободном пространстве также является периодической, но точка P0 с постоянной фазой движется наружу со скоростью света и преодолевает расстояние λ/2 (до P1) за половину периода времени.Вблизи антенны точка постоянной фазы P0 движется быстрее скорости света и приближается к скорости света в точках, удаленных от антенны.На рис. 4 показано распределение электрического поля антенны λ/2 в свободном пространстве при t = 0, t/8, t/4 и 3T/8.
Рисунок 4. Распределение электрического поля в свободном пространстве антенны λ/2 при t = 0, t/8, t/4 и 3T/8.
Неизвестно, как направленные волны отделяются от антенны и в конечном итоге формируются для распространения в свободном пространстве.Мы можем сравнить волны управляемого и свободного пространства с волнами на воде, которые могут быть вызваны камнем, брошенным в спокойный водоем, или другими способами.Как только начинается возмущение воды, генерируются водные волны, которые начинают распространяться наружу.Даже если возмущение прекращается, волны не останавливаются, а продолжают распространяться вперед.Если возмущение сохраняется, то постоянно генерируются новые волны, причем распространение этих волн отстает от других волн.
То же самое верно и для электромагнитных волн, генерируемых электрическими возмущениями.Если первоначальное электрическое возмущение от источника кратковременно, генерируемые электромагнитные волны распространяются внутри линии передачи, затем входят в антенну и, наконец, излучаются в виде волн в свободном пространстве, даже если возбуждение больше не присутствует (точно так же, как волны на воде). и беспорядки, которые они создали).Если электрические помехи непрерывны, электромагнитные волны существуют непрерывно и следуют за ними во время распространения, как показано на биконической антенне, показанной на рисунке 5. Когда электромагнитные волны находятся внутри линий передачи и антенн, их существование связано с существованием электрических помех. заряд внутри проводника.Однако когда волны излучаются, они образуют замкнутый контур, и для поддержания их существования не требуется никакого заряда.Это приводит нас к выводу, что:
Возбуждение поля требует ускорения и замедления заряда, а поддержание поля не требует ускорения и замедления заряда.
Рисунок 5
3. Дипольное излучение.
Мы попытаемся объяснить механизм, с помощью которого линии электрического поля отрываются от антенны и образуют волны в свободном пространстве, на примере дипольной антенны.Хотя это упрощенное объяснение, оно также позволяет людям интуитивно видеть генерацию волн в свободном пространстве.На рисунке 6(а) показаны линии электрического поля, генерируемые между двумя плечами диполя, когда линии электрического поля перемещаются наружу на λ/4 в первой четверти цикла.В этом примере предположим, что количество образующихся линий электрического поля равно 3. В следующей четверти цикла исходные три линии электрического поля перемещаются еще на λ/4 (в общей сложности на λ/2 от начальной точки), и плотность заряда на проводнике начинает уменьшаться.Его можно считать образованным введением противоположных зарядов, которые компенсируют заряды на проводнике в конце первой половины цикла.Линии электрического поля, генерируемые противоположными зарядами, равны 3 и перемещаются на расстояние λ/4, которое представлено пунктирными линиями на рисунке 6 (b).
Конечный результат состоит в том, что на первом расстоянии λ/4 имеются три нисходящие линии электрического поля и такое же количество восходящих линий электрического поля на втором расстоянии λ/4.Поскольку на антенне нет чистого заряда, линии электрического поля должны отделиться от проводника и объединиться вместе, образуя замкнутый контур.Это показано на рисунке 6(c).Во второй половине повторяется тот же физический процесс, но обратите внимание, что направление противоположное.После этого процесс повторяется и продолжается до бесконечности, образуя распределение электрического поля, подобное рисунку 4.
Рисунок 6
Чтобы узнать больше об антеннах, посетите:
Время публикации: 20 июня 2024 г.
