As it giet omantennes, de fraach dêr't minsken it meast soargen oer meitsje is "Hoe wurdt strieling eins berikt?" Hoe ferspriedt it elektromagnetyske fjild dat generearre wurdt troch de sinjaalboarne him troch de transmissieline en yn 'e antenne, en "skiedt" it úteinlik fan 'e antenne om in frije romteweach te foarmjen.
1. Strieling mei ien tried
Lit ús oannimme dat de ladingstichtens, útdrukt as qv (Coulomb/m3), unifoarm ferdield is yn in sirkelfoarmige tried mei in dwersdoorsnede fan a en in folume fan V, lykas te sjen is yn figuer 1.
Figuer 1
De totale lading Q yn folume V beweecht yn 'e z-rjochting mei in unifoarme snelheid Vz (m/s). It kin bewiisd wurde dat de stroomtichtens Jz op 'e dwersdoorsnede fan 'e tried is:
Jz = qv vz (1)
As de tried makke is fan in ideale geleider, is de stroomtichtens Js op it triedoppervlak:
Js = qs vz (2)
Wêrby't qs de oerflakladingsdichtheid is. As de tried tige tin is (ideaal is de radius 0), kin de stroom yn 'e tried útdrukt wurde as:
Iz = ql vz (3)
Wêr't ql (coulomb/meter) de lading per ienheid lingte is.
Wy hawwe it benammen oer tinne triedden, en de konklúzjes jilde foar de boppesteande trije gefallen. As de stroom tiidsfariearjend is, is de ôflieding fan formule (3) mei respekt foar tiid as folget:
(4)
az is de ladingsfersnelling. As de triedlingte l is, kin (4) as folget skreaun wurde:
(5)
Fergeliking (5) is de basisrelaasje tusken stroom en lading, en ek de basisrelaasje fan elektromagnetyske strieling. Simpelwei sein, om strieling te produsearjen, moat der in tiidfariearjende stroom of fersnelling (of fertraging) fan lading wêze. Wy neame meastentiids stroom yn tiidharmonyske tapassingen, en lading wurdt it meast neamd yn tydlike tapassingen. Om ladingsfersnelling (of fertraging) te produsearjen, moat de tried bûgd, fold en ûnderbrutsen wurde. As de lading oscilleret yn tiidharmonyske beweging, sil it ek periodike ladingsfersnelling (of fertraging) of tiidfariearjende stroom produsearje. Dêrom:
1) As de lading net beweecht, sil der gjin stroom en gjin strieling wêze.
2) As de lading mei in konstante snelheid beweecht:
a. As de tried rjocht en ûneinich lang is, is der gjin strieling.
b. As de tried bûgd, fold of ûnderbrutsen is, lykas te sjen is yn figuer 2, is der strieling.
3) As de lading yn 'e rin fan 'e tiid oscilleret, sil de lading útstrielje, sels as de tried rjocht is.
Figuer 2
In kwalitatyf begryp fan it strielingsmeganisme kin krigen wurde troch te sjen nei in pulsearre boarne dy't ferbûn is mei in iepen tried dy't oan syn iepen ein troch in lading oan 'e ierde kin wurde oanmakke, lykas te sjen is yn figuer 2(d). As de tried yn earste ynstânsje enerzjy kriget, wurde de ladingen (frije elektroanen) yn 'e tried yn beweging set troch de elektryske fjildlinen dy't troch de boarne generearre wurde. As de ladingen oan 'e boarne-ein fan 'e tried fersneld wurde en fertrage wurde (negative fersnelling relatyf oan 'e oarspronklike beweging) as se oan syn ein reflektearre wurde, wurdt in strielingsfjild generearre oan syn einen en lâns de rest fan 'e tried. De fersnelling fan 'e ladingen wurdt berikt troch in eksterne krêftboarne dy't de ladingen yn beweging set en it byhearrende strielingsfjild produseart. De fertraging fan 'e ladingen oan 'e einen fan 'e tried wurdt berikt troch ynterne krêften dy't ferbûn binne mei it ynducearre fjild, dat feroarsake wurdt troch de opgarjen fan konsintrearre ladingen oan 'e einen fan 'e tried. De ynterne krêften krije enerzjy fan 'e opgarjen fan lading as de snelheid oan 'e einen fan 'e tried ôfnimt nei nul. Dêrom binne de fersnelling fan 'e ladingen troch de oanstjoering fan it elektryske fjild en de fertraging fan 'e ladingen troch de diskontinuïteit of glêde kromme fan 'e triedimpedânsje de meganismen foar it generearjen fan elektromagnetyske strieling. Hoewol sawol stroomtichtens (Jc) as ladingtichtens (qv) boarnetermen binne yn 'e fergelikingen fan Maxwell, wurdt lading beskôge as in mear fûnemintele kwantiteit, foaral foar tydlike fjilden. Hoewol dizze útlis fan strieling benammen brûkt wurdt foar tydlike steaten, kin it ek brûkt wurde om steady-state strieling te ferklearjen.
Riede ferskate poerbêste oanantenneproduktenmakke trochRFMISO:
RM-TCR406.4
RM-BCA082-4 (0.8-2GHz)
RM-SWA910-22 (9-10GHz)
2. Twa-triedsstrieling
Ferbine in spanningsboarne mei in twa-draads transmissieline dy't ferbûn is mei in antenne, lykas te sjen is yn figuer 3(a). It oanbringen fan spanning op 'e twa-draadsline genereart in elektrysk fjild tusken de geleiders. De elektryske fjildlinen wurkje yn op 'e frije elektroanen (maklik te skieden fan atomen) dy't ferbûn binne mei elke geleider en twinge se om te bewegen. De beweging fan ladingen genereart stroom, dy't op syn beurt in magnetysk fjild genereart.
Figuer 3
Wy hawwe akseptearre dat elektryske fjildlinen begjinne mei positive ladingen en einigje mei negative ladingen. Fansels kinne se ek begjinne mei positive ladingen en einigje op ûneinich; of begjinne op ûneinich en einigje mei negative ladingen; of sletten lussen foarmje dy't noch begjinne noch einigje mei ladingen. Magnetyske fjildlinen foarmje altyd sletten lussen om stroomdragende geleiders, om't der gjin magnetyske ladingen binne yn 'e natuerkunde. Yn guon wiskundige formules wurde lykweardige magnetyske ladingen en magnetyske streamingen yntrodusearre om de dualiteit te sjen litten tusken oplossingen dy't krêft en magnetyske boarnen omfetsje.
De elektryske fjildlinen dy't tusken twa geleiders tekene binne, helpe om de ferdieling fan lading te sjen litten. As wy oannimme dat de spanningsboarne sinusfoarmich is, ferwachtsje wy dat it elektryske fjild tusken de geleiders ek sinusfoarmich is mei in perioade gelyk oan dy fan 'e boarne. De relative grutte fan 'e elektryske fjildsterkte wurdt fertsjintwurdige troch de tichtens fan 'e elektryske fjildlinen, en de pylken jouwe de relative rjochting oan (posityf of negatyf). De generaasje fan tiid-fariearjende elektryske en magnetyske fjilden tusken de geleiders foarmet in elektromagnetyske weach dy't him lâns de transmissieline ferspriedt, lykas te sjen is yn figuer 3(a). De elektromagnetyske weach komt de antenne yn mei de lading en de oerienkommende stroom. As wy in diel fan 'e antennestruktuer fuortsmite, lykas te sjen is yn figuer 3(b), kin in frije-romte-weach foarme wurde troch de iepen einen fan 'e elektryske fjildlinen te "ferbinen" (werjûn troch de stippele linen). De frije-romte-weach is ek periodyk, mar it konstante-faze punt P0 beweecht nei bûten mei de snelheid fan it ljocht en reizget in ôfstân fan λ/2 (nei P1) yn in heale perioade fan tiid. Tichtby de antenne beweecht it punt P0 mei konstante faze rapper as de ljochtsnelheid en benaderet it de ljochtsnelheid op punten fier fan 'e antenne. Figuer 4 lit de ferdieling fan it elektryske fjild yn 'e frije romte sjen fan 'e λ∕2-antenne by t = 0, t/8, t/4, en 3T/8.
Figuer 4 Ferdieling fan it elektryske fjild yn 'e frije romte fan 'e λ∕2-antenne by t = 0, t/8, t/4 en 3T/8
It is net bekend hoe't de begeliede weagen fan 'e antenne skieden wurde en úteinlik foarme wurde om har yn 'e frije romte te fersprieden. Wy kinne begeliede en frije romteweagen fergelykje mei wetterweagen, dy't feroarsake wurde kinne troch in stien dy't yn in rêstich wetterlichem fallen is of op oare manieren. Sadree't de steuring yn it wetter begjint, wurde wetterweagen generearre en begjinne se har nei bûten te fersprieden. Sels as de steuring ophâldt, stopje de weagen net, mar geane se troch mei fersprieden nei foaren. As de steuring oanhâldt, wurde der konstant nije weagen generearre, en de fersprieding fan dizze weagen bliuwt efter by de oare weagen.
Itselde jildt foar elektromagnetyske weagen dy't generearre wurde troch elektryske steuringen. As de earste elektryske steuring fan 'e boarne fan koarte doer is, ferspriedje de generearre elektromagnetyske weagen har binnen de transmissieline, geane dan de antenne yn, en strielje úteinlik út as frije romteweagen, sels as de eksitaasje net mear oanwêzich is (krekt lykas de wetterweagen en de steuring dy't se makken). As de elektryske steuring trochgeande is, besteane de elektromagnetyske weagen trochgeande en folgje se nau efter har tidens de fersprieding, lykas te sjen is yn 'e bikonyske antenne werjûn yn figuer 5. As elektromagnetyske weagen binnen transmissielinen en antennes binne, is har bestean relatearre oan it bestean fan elektryske lading yn 'e geleider. As de weagen lykwols útstriele wurde, foarmje se in sletten lus en is der gjin lading om har bestean te behâlden. Dit liedt ús ta de konklúzje dat:
Oanstjoering fan it fjild fereasket fersnelling en fertraging fan 'e lading, mar behâld fan it fjild fereasket gjin fersnelling en fertraging fan 'e lading.
Figuer 5
3. Dipoolstrieling
Wy besykje it meganisme út te lizzen wêrmei't de elektryske fjildlinen fan 'e antenne ôfbrekke en frije-romteweagen foarmje, en nimme de dipoolantenne as foarbyld. Hoewol it in ferienfâldige útlis is, stelt it minsken ek yn steat om yntuïtyf de generaasje fan frije-romteweagen te sjen. Figuer 6(a) lit de elektryske fjildlinen sjen dy't generearre wurde tusken de twa earms fan 'e dipool as de elektryske fjildlinen yn it earste kwart fan 'e syklus nei bûten bewege mei λ∕4. Lit ús foar dit foarbyld oannimme dat it oantal foarme elektryske fjildlinen 3 is. Yn it folgjende kwart fan 'e syklus bewege de orizjinele trije elektryske fjildlinen nochris λ∕4 (in totaal fan λ∕2 fan it begjinpunt), en de ladingstichtens op 'e geleider begjint ôf te nimmen. It kin beskôge wurde as foarme troch de ynfiering fan tsjinoerstelde ladingen, dy't de ladingen op 'e geleider oan 'e ein fan 'e earste helte fan 'e syklus opheffe. De elektryske fjildlinen dy't generearre wurde troch de tsjinoerstelde ladingen binne 3 en bewege in ôfstân fan λ∕4, wat wurdt fertsjintwurdige troch de stippele linen yn Figuer 6(b).
It einresultaat is dat der trije nei ûnderen rjochte elektryske fjildlinen binne yn 'e earste λ∕4-ôfstân en itselde oantal nei boppen rjochte elektryske fjildlinen yn 'e twadde λ∕4-ôfstân. Om't der gjin netto lading op 'e antenne is, moatte de elektryske fjildlinen twongen wurde om har fan 'e geleider te skieden en tegearre te kombinearjen om in sletten lus te foarmjen. Dit wurdt werjûn yn figuer 6(c). Yn 'e twadde helte wurdt itselde fysike proses folge, mar tink derom dat de rjochting tsjinoersteld is. Dêrnei wurdt it proses werhelle en giet it ûnbepaald troch, wêrtroch't in elektryske fjildferdieling ûntstiet dy't fergelykber is mei figuer 4.
Figuer 6
Om mear te learen oer antennes, kinne jo terecht op:
Pleatsingstiid: 20 juny 2024
