Kur bëhet fjalë përantenat, pyetja për të cilën njerëzit janë më të shqetësuar është "Si arrihet në të vërtetë rrezatimi?" Si përhapet fusha elektromagnetike e gjeneruar nga burimi i sinjalit përmes linjës së transmetimit dhe brenda antenës, dhe më në fund "ndahet" nga antena për të formuar një valë hapësinore të lirë.
1. Rrezatimi me një tel të vetëm
Le të supozojmë se dendësia e ngarkesës, e shprehur si qv (Kulomb/m3), është e shpërndarë në mënyrë uniforme në një tel rrethor me një sipërfaqe tërthore prej a dhe një vëllim prej V, siç tregohet në Figurën 1.
Figura 1
Ngarkesa totale Q në vëllimin V lëviz në drejtimin z me një shpejtësi uniforme Vz (m/s). Mund të vërtetohet se dendësia e rrymës Jz në prerjen tërthore të telit është:
Jz = qv vz (1)
Nëse teli është bërë nga një përçues ideal, dendësia e rrymës Js në sipërfaqen e telit është:
Js = qs vz (2)
Ku qs është dendësia e ngarkesës sipërfaqësore. Nëse teli është shumë i hollë (idealisht, rrezja është 0), rryma në tel mund të shprehet si:
Iz = ql vz (3)
Ku ql (kulon/metër) është ngarkesa për njësi gjatësie.
Ne merremi kryesisht me tela të hollë, dhe përfundimet vlejnë për tre rastet e mësipërme. Nëse rryma ndryshon në varësi të kohës, derivati i formulës (3) në lidhje me kohën është si më poshtë:
(4)
az është nxitimi i ngarkesës. Nëse gjatësia e telit është l, (4) mund të shkruhet si më poshtë:
(5)
Ekuacioni (5) është marrëdhënia themelore midis rrymës dhe ngarkesës, si dhe marrëdhënia themelore e rrezatimit elektromagnetik. Thënë thjesht, për të prodhuar rrezatim, duhet të ketë një rrymë ose nxitim (ose ngadalësim) të ngarkesës që ndryshon në kohë. Zakonisht e përmendim rrymën në aplikimet harmonike kohore, dhe ngarkesa përmendet më shpesh në aplikimet kalimtare. Për të prodhuar nxitim (ose ngadalësim) të ngarkesës, teli duhet të jetë i përkulur, i palosur dhe i ndërprerë. Kur ngarkesa lëkundet në lëvizje harmonike kohore, ajo do të prodhojë gjithashtu nxitim (ose ngadalësim) periodik të ngarkesës ose rrymë që ndryshon në kohë. Prandaj:
1) Nëse ngarkesa nuk lëviz, nuk do të ketë rrymë dhe as rrezatim.
2) Nëse ngarkesa lëviz me një shpejtësi konstante:
a. Nëse teli është i drejtë dhe me gjatësi të pafundme, nuk ka rrezatim.
b. Nëse teli është i përkulur, i palosur ose jo i vazhdueshëm, siç tregohet në Figurën 2, ka rrezatim.
3) Nëse ngarkesa lëkundet me kalimin e kohës, ngarkesa do të rrezatojë edhe nëse teli është i drejtë.
Figura 2
Një kuptim cilësor i mekanizmit të rrezatimit mund të merret duke parë një burim pulsues të lidhur me një tel të hapur që mund të tokëzohet përmes një ngarkese në skajin e tij të hapur, siç tregohet në Figurën 2(d). Kur teli fillimisht energjizohet, ngarkesat (elektronet e lira) në tel vihen në lëvizje nga linjat e fushës elektrike të gjeneruara nga burimi. Ndërsa ngarkesat përshpejtohen në skajin burimor të telit dhe ngadalësohen (nxitim negativ në krahasim me lëvizjen origjinale) kur reflektohen në skajin e tij, një fushë rrezatimi gjenerohet në skajet e tij dhe përgjatë pjesës tjetër të telit. Përshpejtimi i ngarkesave arrihet nga një burim i jashtëm force që i vë ngarkesat në lëvizje dhe prodhon fushën e rrezatimit që shoqërohet me to. Ngadalësimi i ngarkesave në skajet e telit arrihet nga forcat e brendshme të shoqëruara me fushën e induktuar, e cila shkaktohet nga akumulimi i ngarkesave të përqendruara në skajet e telit. Forcat e brendshme fitojnë energji nga akumulimi i ngarkesës ndërsa shpejtësia e saj zvogëlohet në zero në skajet e telit. Prandaj, përshpejtimi i ngarkesave për shkak të ngacmimit të fushës elektrike dhe ngadalësimi i ngarkesave për shkak të ndërprerjes ose kurbës së lëmuar të impedancës së telit janë mekanizmat për gjenerimin e rrezatimit elektromagnetik. Edhe pse si dendësia e rrymës (Jc) ashtu edhe dendësia e ngarkesës (qv) janë terma burimorë në ekuacionet e Maksuellit, ngarkesa konsiderohet të jetë një madhësi më themelore, veçanërisht për fushat kalimtare. Edhe pse ky shpjegim i rrezatimit përdoret kryesisht për gjendje kalimtare, ai mund të përdoret gjithashtu për të shpjeguar rrezatimin në gjendje të qëndrueshme.
Rekomandoni disa të shkëlqyeraproduktet e antenësprodhuar ngaRFMISO:
RM-TCR406.4
RM-BCA082-4 (0.8-2 GHz)
RM-SWA910-22 (9-10 GHz)
2. Rrezatimi me dy tela
Lidhni një burim tensioni në një linjë transmetimi me dy përçues të lidhur me një antenë, siç tregohet në Figurën 3(a). Aplikimi i tensionit në linjën me dy tela gjeneron një fushë elektrike midis përçuesve. Vijat e fushës elektrike veprojnë mbi elektronet e lira (të ndara lehtësisht nga atomet) të lidhura me secilin përçues dhe i detyrojnë ato të lëvizin. Lëvizja e ngarkesave gjeneron rrymë, e cila nga ana tjetër gjeneron një fushë magnetike.
Figura 3
Ne kemi pranuar që vijat e fushës elektrike fillojnë me ngarkesa pozitive dhe mbarojnë me ngarkesa negative. Sigurisht, ato gjithashtu mund të fillojnë me ngarkesa pozitive dhe të mbarojnë në pafundësi; ose të fillojnë në pafundësi dhe të mbarojnë me ngarkesa negative; ose të formojnë sythe të mbyllura që as nuk fillojnë dhe as nuk mbarojnë me ndonjë ngarkesë. Vijat e fushës magnetike gjithmonë formojnë sythe të mbyllura rreth përçuesve që mbartin rrymë sepse nuk ka ngarkesa magnetike në fizikë. Në disa formula matematikore, ngarkesat magnetike ekuivalente dhe rrymat magnetike futen për të treguar dualitetin midis zgjidhjeve që përfshijnë energjinë dhe burimet magnetike.
Vijat e fushës elektrike të vizatuara midis dy përçuesve ndihmojnë për të treguar shpërndarjen e ngarkesës. Nëse supozojmë se burimi i tensionit është sinusoidal, presim që fusha elektrike midis përçuesve të jetë gjithashtu sinusoidale me një periudhë të barabartë me atë të burimit. Madhësia relative e forcës së fushës elektrike përfaqësohet nga dendësia e vijave të fushës elektrike, dhe shigjetat tregojnë drejtimin relativ (pozitiv ose negativ). Gjenerimi i fushave elektrike dhe magnetike që ndryshojnë në kohë midis përçuesve formon një valë elektromagnetike që përhapet përgjatë vijës së transmetimit, siç tregohet në Figurën 3(a). Vala elektromagnetike hyn në antenë me ngarkesën dhe rrymën përkatëse. Nëse heqim një pjesë të strukturës së antenës, siç tregohet në Figurën 3(b), një valë e hapësirës së lirë mund të formohet duke "lidhur" skajet e hapura të vijave të fushës elektrike (të treguara nga vijat me pika). Vala e hapësirës së lirë është gjithashtu periodike, por pika e fazës konstante P0 lëviz jashtë me shpejtësinë e dritës dhe udhëton një distancë prej λ/2 (deri në P1) në gjysmën e një periudhe kohore. Pranë antenës, pika me fazë konstante P0 lëviz më shpejt se shpejtësia e dritës dhe i afrohet shpejtësisë së dritës në pikat larg antenës. Figura 4 tregon shpërndarjen e fushës elektrike në hapësirën e lirë të antenës λ∕2 në t = 0, t/8, t/4 dhe 3T/8.
Figura 4 Shpërndarja e fushës elektrike në hapësirën e lirë të antenës λ∕2 në t = 0, t/8, t/4 dhe 3T/8
Nuk dihet se si ndahen valët e drejtuara nga antena dhe përfundimisht formohen për t'u përhapur në hapësirë të lirë. Mund t'i krahasojmë valët e drejtuara dhe të hapësirës së lirë me valët e ujit, të cilat mund të shkaktohen nga një gur i rënë në një masë të qetë uji ose në mënyra të tjera. Pasi fillon shqetësimi në ujë, gjenerohen valë uji dhe fillojnë të përhapen nga jashtë. Edhe nëse shqetësimi ndalet, valët nuk ndalen, por vazhdojnë të përhapen përpara. Nëse shqetësimi vazhdon, gjenerohen vazhdimisht valë të reja dhe përhapja e këtyre valëve mbetet pas valëve të tjera.
E njëjta gjë vlen edhe për valët elektromagnetike të gjeneruara nga çrregullimet elektrike. Nëse çrregullimi fillestar elektrik nga burimi është me kohëzgjatje të shkurtër, valët elektromagnetike të gjeneruara përhapen brenda linjës së transmetimit, pastaj hyjnë në antenë dhe në fund rrezatojnë si valë të hapësirës së lirë, edhe pse ngacmimi nuk është më i pranishëm (ashtu si valët e ujit dhe çrregullimi që ato krijuan). Nëse çrregullimi elektrik është i vazhdueshëm, valët elektromagnetike ekzistojnë vazhdimisht dhe i ndjekin nga afër gjatë përhapjes, siç tregohet në antenën bikonike të treguar në Figurën 5. Kur valët elektromagnetike janë brenda linjave të transmetimit dhe antenave, ekzistenca e tyre lidhet me ekzistencën e ngarkesës elektrike brenda përcjellësit. Megjithatë, kur valët rrezatohen, ato formojnë një lak të mbyllur dhe nuk ka ngarkesë për të ruajtur ekzistencën e tyre. Kjo na çon në përfundimin se:
Ngacmimi i fushës kërkon përshpejtim dhe ngadalësim të ngarkesës, por mirëmbajtja e fushës nuk kërkon përshpejtim dhe ngadalësim të ngarkesës.
Figura 5
3. Rrezatimi Dipolar
Ne përpiqemi të shpjegojmë mekanizmin me të cilin vijat e fushës elektrike shkëputen nga antena dhe formojnë valë të hapësirës së lirë, dhe marrim si shembull antenën dipole. Edhe pse është një shpjegim i thjeshtuar, ai gjithashtu u mundëson njerëzve të shohin në mënyrë intuitive gjenerimin e valëve të hapësirës së lirë. Figura 6(a) tregon vijat e fushës elektrike të gjeneruara midis dy krahëve të dipolit kur vijat e fushës elektrike lëvizin jashtë me λ∕4 në çerekun e parë të ciklit. Për këtë shembull, le të supozojmë se numri i vijave të fushës elektrike të formuara është 3. Në çerekun tjetër të ciklit, tre vijat origjinale të fushës elektrike lëvizin edhe një λ∕4 (gjithsej λ∕2 nga pika e fillimit), dhe dendësia e ngarkesës në përcjellës fillon të ulet. Mund të konsiderohet se është formuar nga futja e ngarkesave të kundërta, të cilat anulojnë ngarkesat në përcjellës në fund të gjysmës së parë të ciklit. Vijat e fushës elektrike të gjeneruara nga ngarkesat e kundërta janë 3 dhe lëvizin një distancë prej λ∕4, e cila përfaqësohet nga vijat me pika në Figurën 6(b).
Rezultati përfundimtar është se ka tre vija të fushës elektrike poshtë në distancën e parë λ∕4 dhe të njëjtin numër vijash të fushës elektrike lart në distancën e dytë λ∕4. Meqenëse nuk ka ngarkesë neto në antenë, vijat e fushës elektrike duhet të detyrohen të ndahen nga përçuesi dhe të kombinohen së bashku për të formuar një lak të mbyllur. Kjo tregohet në Figurën 6(c). Në gjysmën e dytë, ndiqet i njëjti proces fizik, por vini re se drejtimi është i kundërt. Pas kësaj, procesi përsëritet dhe vazhdon pafundësisht, duke formuar një shpërndarje të fushës elektrike të ngjashme me Figurën 4.
Figura 6
Për të mësuar më shumë rreth antenave, ju lutemi vizitoni:
Koha e postimit: 20 qershor 2024
