Kur bëhet fjalë përantenave, pyetja për të cilën njerëzit janë më të shqetësuar është "Si arrihet realisht rrezatimi?" Si përhapet fusha elektromagnetike e krijuar nga burimi i sinjalit përmes linjës së transmetimit dhe brenda antenës, dhe në fund "ndahet" nga antena për të formuar një valë të hapësirës së lirë.
1. Rrezatimi me një tel
Le të supozojmë se dendësia e ngarkesës, e shprehur si qv (Coulomb/m3), shpërndahet në mënyrë të njëtrajtshme në një tel rrethor me një sipërfaqe tërthore prej a dhe një vëllim V, siç tregohet në figurën 1.
Figura 1
Ngarkesa totale Q në vëllimin V lëviz në drejtimin z me një shpejtësi të njëtrajtshme Vz (m/s). Mund të vërtetohet se dendësia e rrymës Jz në seksionin kryq të telit është:
Jz = qv vz (1)
Nëse teli është bërë nga një përcjellës ideal, densiteti i rrymës Js në sipërfaqen e telit është:
Js = qs vz (2)
Ku qs është dendësia e ngarkesës sipërfaqësore. Nëse tela është shumë e hollë (në mënyrë ideale, rrezja është 0), rryma në tela mund të shprehet si:
Iz = ql vz (3)
Ku ql (kulomb/metër) është ngarkesa për njësi gjatësi.
Ne kemi të bëjmë kryesisht me telat e hollë, dhe përfundimet vlejnë për tre rastet e mësipërme. Nëse rryma ndryshon nga koha, derivati i formulës (3) në lidhje me kohën është si më poshtë:
(4)
az është përshpejtimi i ngarkesës. Nëse gjatësia e telit është l, (4) mund të shkruhet si më poshtë:
(5)
Ekuacioni (5) është lidhja bazë midis rrymës dhe ngarkesës, si dhe lidhja bazë e rrezatimit elektromagnetik. E thënë thjesht, për të prodhuar rrezatim, duhet të ketë një rrymë ose nxitim (ose ngadalësim) që ndryshon në kohë. Zakonisht përmendim rrymën në aplikacionet harmonike me kohë, dhe ngarkesa përmendet më shpesh në aplikacionet kalimtare. Për të prodhuar përshpejtim (ose ngadalësim) të ngarkesës, teli duhet të jetë i përkulur, i palosur dhe i ndërprerë. Kur ngarkesa lëkundet në lëvizjen harmonike me kohë, ajo gjithashtu do të prodhojë nxitim (ose ngadalësim) periodik të ngarkesës ose rrymë që ndryshon nga koha. Prandaj:
1) Nëse ngarkesa nuk lëviz, nuk do të ketë rrymë dhe 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 i ndërprerë, 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 pulsi 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 aktivizohet fillimisht, ngarkesat (elektronet e lira) në tela vihen në lëvizje nga linjat e fushës elektrike të krijuara nga burimi. Ndërsa ngarkesat përshpejtohen në fundin e burimit të telit dhe ngadalësohen (nxitimi negativ në raport me lëvizjen origjinale) kur reflektohen në fundin e tij, një fushë rrezatimi krijohet në skajet e tij dhe përgjatë pjesës tjetër të telit. Përshpejtimi i ngarkesave realizohet nga një burim i jashtëm i forcës që vë në lëvizje ngarkesat dhe prodhon fushën e rrezatimit përkatës. Ngadalësimi i ngarkesave në skajet e telit realizohet nga forcat e brendshme që lidhen 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, nxitimi i ngarkesave për shkak të ngacmimit të fushës elektrike dhe ngadalësimi i ngarkesave për shkak të ndërprerjes ose kurbës së lëmuar të rezistencës së telit janë mekanizmat për gjenerimin e rrezatimit elektromagnetik. Edhe pse si densiteti i rrymës (Jc) ashtu edhe densiteti i ngarkesës (qv) janë terma burim në ekuacionet e Maxwell-it, ngarkesa konsiderohet të jetë një sasi më themelore, veçanërisht për fushat kalimtare. Megjithëse ky shpjegim i rrezatimit përdoret kryesisht për gjendjet kalimtare, ai mund të përdoret gjithashtu për të shpjeguar rrezatimin në gjendje të qëndrueshme.
Rekomandoni disa të shkëlqyeraprodukte antenashprodhuar 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 përcjellës 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. Linjat e fushës elektrike veprojnë në elektronet e lira (të ndara lehtësisht nga atomet) të lidhura me secilin përcjellës dhe i detyrojnë ata të lëvizin. Lëvizja e ngarkesave gjeneron rrymë, e cila nga ana tjetër gjeneron një fushë magnetike.
Figura 3
Ne kemi pranuar që linjat e fushës elektrike fillojnë me ngarkesa pozitive dhe përfundojnë me ngarkesa negative. Sigurisht, ato mund të fillojnë edhe me ngarkesa pozitive dhe të përfundojnë në pafundësi; ose filloni në pafundësi dhe përfundoni me ngarkesa negative; ose formojnë unaza të mbyllura që as fillojnë dhe as mbarojnë me ndonjë tarifë. Linjat e fushës magnetike gjithmonë formojnë sythe të mbyllura rreth përcjellësve me rrymë, sepse nuk ka ngarkesa magnetike në fizikë. Në disa formula matematikore, ngarkesat magnetike ekuivalente dhe rrymat magnetike janë futur për të treguar dualitetin midis zgjidhjeve që përfshijnë fuqinë dhe burimet magnetike.
Linjat e fushës elektrike të tërhequra midis dy përcjellësve ndihmojnë për të treguar shpërndarjen e ngarkesës. Nëse supozojmë se burimi i tensionit është sinusoidal, presim që fusha elektrike ndërmjet përcjellësve të jetë gjithashtu sinusoidale me një periudhë të barabartë me atë të burimit. Madhësia relative e fuqisë së fushës elektrike përfaqësohet nga dendësia e linjave 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 linjës 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 linjave të fushës elektrike (treguar nga vijat me pika). Vala e hapësirës së lirë është gjithashtu periodike, por pika me fazë konstante P0 lëviz nga jashtë me shpejtësinë e dritës dhe përshkon një distancë prej λ/2 (deri në P1) në gjysmë 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 hapësirë të lirë të antenës λ∕2 në t = 0, t/8, t/4 dhe 3T/8.
Figura 4 Shpërndarja e fushës elektrike të hapësirës së lirë të antenës λ∕2 në t = 0, t/8, t/4 dhe 3T/8
Nuk dihet se si valët e drejtuara ndahen nga antena dhe përfundimisht formohen për t'u përhapur në hapësirën e lirë. Mund të krahasojmë valët e hapësirës së drejtuar dhe të lirë me valët e ujit, të cilat mund të shkaktohen nga një gur i rënë në një trup të qetë uji ose në mënyra të tjera. Sapo fillon shqetësimi në ujë, valët e ujit gjenerohen dhe fillojnë të përhapen nga jashtë. Edhe nëse shqetësimi ndalet, valët nuk ndalen, por vazhdojnë të përhapen përpara. Nëse shqetësimi vazhdon, valë të reja gjenerohen vazhdimisht dhe përhapja e këtyre valëve mbetet pas valëve të tjera.
E njëjta gjë vlen edhe për valët elektromagnetike të krijuara nga shqetësimet elektrike. Nëse shqetësimi fillestar elektrik nga burimi është me kohëzgjatje të shkurtër, valët elektromagnetike të krijuara 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 shqetësimin që krijuan). Nëse shqetësimi elektrik është i vazhdueshëm, valët elektromagnetike ekzistojnë vazhdimisht dhe i ndjekin nga afër pas tyre gjatë përhapjes, siç tregohet në antenën bikonike të paraqitur në figurën 5. Kur valët elektromagnetike janë brenda linjave të transmetimit dhe antenave, ekzistenca e tyre lidhet me ekzistencën e energjisë elektrike. ngarkuar brenda përcjellësit. Megjithatë, kur valët rrezatohen, ato formojnë një lak të mbyllur dhe nuk ka asnjë pagesë për të ruajtur ekzistencën e tyre. Kjo na çon në përfundimin se:
Ngacmimi i fushës kërkon nxitim dhe ngadalësim të ngarkesës, por mirëmbajtja e fushës nuk kërkon nxitim dhe ngadalësim të ngarkesës.
Figura 5
3. Rrezatimi Dipol
Ne përpiqemi të shpjegojmë mekanizmin me të cilin linjat e fushës elektrike shkëputen nga antena dhe formojnë valë të hapësirës së lirë, dhe marrim si shembull antenën dipole. Megjithëse është një shpjegim i thjeshtuar, ai gjithashtu u mundëson njerëzve të shohin intuitivisht gjenerimin e valëve të hapësirës së lirë. Figura 6(a) tregon linjat e fushës elektrike të krijuara midis dy krahëve të dipolit kur linjat e fushës elektrike lëvizin nga jashtë me λ∕4 në tremujorin e parë të ciklit. Për këtë shembull, le të supozojmë se numri i linjave të fushës elektrike të formuar është 3. Në tremujorin e ardhshëm të ciklit, tre linjat origjinale të fushës elektrike lëvizin 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 krijuara 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, linjat e fushës elektrike duhet të detyrohen të ndahen nga përcjellësi dhe të kombinohen së bashku për të formuar një lak të mbyllur. Kjo tregohet në Figurën 6(c). Në pjesën 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: Qershor-20-2024
