Gap shundakiantennalar, odamlarni eng ko'p tashvishga soladigan savol "Radiatsiya aslida qanday amalga oshiriladi?" Signal manbai tomonidan hosil qilingan elektromagnit maydon uzatish liniyasi va antenna ichida qanday tarqaladi va nihoyat antennadan "ajralib", bo'sh fazo to'lqinini hosil qiladi.
1. Bitta simli nurlanish
Keling, 1-rasmda ko'rsatilgandek, qv (Kulon/m3) sifatida ifodalangan zaryad zichligi, kesimining maydoni a va hajmi V bo'lgan dumaloq simda bir tekis taqsimlangan deb faraz qilaylik.
1-rasm
V hajmdagi umumiy zaryad Q z yo'nalishida Vz (m/s) bir xil tezlikda harakatlanadi. Simning ko'ndalang kesimidagi tok zichligi Jz quyidagicha ekanligini isbotlash mumkin:
Jz = qv vz (1)
Agar sim ideal o'tkazgichdan yasalgan bo'lsa, sim yuzasidagi tok zichligi Js quyidagicha bo'ladi:
Js = qs vz (2)
bu yerda qs sirt zaryad zichligi. Agar sim juda yupqa bo'lsa (ideal holda, radius 0 ga teng), simdagi tok kuchini quyidagicha ifodalash mumkin:
Iz = ql vz (3)
bu yerda ql (kulon/metr) uzunlik birligi uchun zaryaddir.
Biz asosan ingichka simlar bilan shug'ullanamiz va xulosalar yuqoridagi uchta holatga ham tegishli. Agar tok vaqt bo'yicha o'zgarib tursa, (3) formulaning vaqtga nisbatan hosilasi quyidagicha bo'ladi:
(4)
az zaryad tezlanishidir. Agar sim uzunligi l bo'lsa, (4) ni quyidagicha yozish mumkin:
(5)
(5) tenglama tok va zaryad o'rtasidagi asosiy bog'liqlik, shuningdek, elektromagnit nurlanishning asosiy bog'liqligidir. Sodda qilib aytganda, nurlanish hosil qilish uchun vaqt o'zgaruvchan tok yoki zaryadning tezlanishi (yoki sekinlashishi) bo'lishi kerak. Biz odatda vaqt garmonik qo'llanmalarida tok haqida gapiramiz va zaryad ko'pincha o'tkinchi qo'llanmalarda tilga olinadi. Zaryad tezlanishini (yoki sekinlashishini) hosil qilish uchun sim egilgan, buklangan va uzilgan bo'lishi kerak. Zaryad vaqt garmonik harakatida tebranganda, u davriy zaryad tezlanishini (yoki sekinlashishini) yoki vaqt o'zgaruvchan tokni ham hosil qiladi. Shuning uchun:
1) Agar zaryad harakatlanmasa, tok ham, nurlanish ham bo'lmaydi.
2) Agar zaryad doimiy tezlikda harakatlansa:
a. Agar sim to'g'ri va cheksiz uzunlikda bo'lsa, nurlanish bo'lmaydi.
b. Agar sim 2-rasmda ko'rsatilgandek egilgan, bukilgan yoki uzilgan bo'lsa, nurlanish mavjud.
3) Agar zaryad vaqt o'tishi bilan tebransa, sim to'g'ri bo'lsa ham, zaryad nurlanadi.
2-rasm
Nurlanish mexanizmini sifatli tushunish uchun 2(d)-rasmda ko'rsatilgandek, ochiq simga ulangan va ochiq uchidagi yuk orqali yerga ulanadigan impulsli manbaga qarash mumkin. Sim dastlab quvvatlanganda, simdagi zaryadlar (erkin elektronlar) manba tomonidan hosil qilingan elektr maydon chiziqlari tomonidan harakatga keltiriladi. Zaryadlar simning manba uchida tezlashganda va uning uchida aks etganda sekinlashganda (dastlabki harakatga nisbatan manfiy tezlanish), uning uchlarida va simning qolgan qismi bo'ylab nurlanish maydoni hosil bo'ladi. Zaryadlarning tezlashishi zaryadlarni harakatga keltiradigan va tegishli nurlanish maydonini hosil qiladigan tashqi kuch manbai tomonidan amalga oshiriladi. Simning uchlaridagi zaryadlarning sekinlashishi induktsiyalangan maydon bilan bog'liq ichki kuchlar tomonidan amalga oshiriladi, bu simning uchlarida konsentrlangan zaryadlarning to'planishi natijasida yuzaga keladi. Ichki kuchlar simning uchlarida tezligi nolga tushganda zaryad to'planishidan energiya oladi. Shuning uchun, elektr maydonining qo'zg'alishi tufayli zaryadlarning tezlashishi va sim impedansining uzluksizligi yoki silliq egri chizig'i tufayli zaryadlarning sekinlashishi elektromagnit nurlanish hosil bo'lishining mexanizmlari hisoblanadi. Maksvell tenglamalarida tok zichligi (Jc) ham, zaryad zichligi (qv) ham manba atamalari bo'lsa-da, zaryad, ayniqsa o'tkinchi maydonlar uchun, yanada fundamental miqdor hisoblanadi. Nurlanishning bu izohi asosan o'tkinchi holatlar uchun ishlatilsa-da, u barqaror holat nurlanishini tushuntirish uchun ham ishlatilishi mumkin.
Bir nechta ajoyiblarni tavsiya qilamanantenna mahsulotlaritomonidan ishlab chiqarilganRFMISO:
RM-TCR406.4
RM-BCA082-4（0.8-2GHz)
RM-SWA910-22(9-10GHz)
2. Ikki simli nurlanish
3(a)-rasmda ko'rsatilgandek, kuchlanish manbasini antennaga ulangan ikki o'tkazgichli uzatish liniyasiga ulang. Ikki simli liniyaga kuchlanish berish o'tkazgichlar o'rtasida elektr maydonini hosil qiladi. Elektr maydon chiziqlari har bir o'tkazgichga ulangan erkin elektronlarga (atomlardan osongina ajratilgan) ta'sir qiladi va ularni harakatga majbur qiladi. Zaryadlarning harakati tok hosil qiladi, bu esa o'z navbatida magnit maydon hosil qiladi.
3-rasm
Biz elektr maydon chiziqlari musbat zaryadlar bilan boshlanib, manfiy zaryadlar bilan tugashini qabul qildik. Albatta, ular musbat zaryadlar bilan boshlanib, cheksizlikda tugashi mumkin; yoki cheksizlikda boshlanib, manfiy zaryadlar bilan tugashi mumkin; yoki hech qanday zaryad bilan boshlanmaydigan va tugamaydigan yopiq halqalarni hosil qilishi mumkin. Magnit maydon chiziqlari har doim tok o'tkazuvchi o'tkazgichlar atrofida yopiq halqalarni hosil qiladi, chunki fizikada magnit zaryadlar yo'q. Ba'zi matematik formulalarda quvvat va magnit manbalarini o'z ichiga olgan yechimlar o'rtasidagi ikkilikni ko'rsatish uchun ekvivalent magnit zaryadlar va magnit toklari kiritiladi.
Ikki o'tkazgich o'rtasida chizilgan elektr maydon chiziqlari zaryadning taqsimlanishini ko'rsatishga yordam beradi. Agar kuchlanish manbai sinusoidal deb faraz qilsak, o'tkazgichlar orasidagi elektr maydoni ham manba tezligiga teng bo'lgan davr bilan sinusoidal bo'lishini kutamiz. Elektr maydon kuchining nisbiy kattaligi elektr maydon chiziqlarining zichligi bilan ifodalanadi va strelkalar nisbiy yo'nalishni (musbat yoki manfiy) ko'rsatadi. O'tkazgichlar o'rtasida vaqt o'zgarishi bilan elektr va magnit maydonlarning paydo bo'lishi 3(a)-rasmda ko'rsatilgandek, uzatish liniyasi bo'ylab tarqaladigan elektromagnit to'lqinni hosil qiladi. Elektromagnit to'lqin antennaga zaryad va mos keladigan tok bilan kiradi. Agar biz antenna strukturasining bir qismini olib tashlasak, 3(b)-rasmda ko'rsatilgandek, elektr maydon chiziqlarining ochiq uchlarini "ulash" orqali erkin fazoviy to'lqin hosil bo'lishi mumkin (nuqta chiziqlar bilan ko'rsatilgan). Erkin fazoviy to'lqin ham davriydir, lekin doimiy fazaviy nuqta P0 yorug'lik tezligida tashqariga siljiydi va yarim vaqt oralig'ida λ/2 (P1 gacha) masofani bosib o'tadi. Antenna yaqinida, doimiy fazali nuqta P0 yorug'lik tezligidan tezroq harakatlanadi va antennadan uzoqdagi nuqtalarda yorug'lik tezligiga yaqinlashadi. 4-rasmda λ∕2 antennasining t = 0, t/8, t/4 va 3T/8 da erkin fazoviy elektr maydoni taqsimoti ko'rsatilgan.
4-rasm. λ∕2 antennasining t = 0, t/8, t/4 va 3T/8 da bo'sh fazoviy elektr maydoni taqsimoti
Yo'naltirilgan to'lqinlar antennadan qanday ajralib, oxir-oqibat bo'sh fazoda tarqalish uchun qanday shakllangani noma'lum. Biz yo'naltirilgan va bo'sh fazo to'lqinlarini suv to'lqinlari bilan taqqoslashimiz mumkin, bu tinch suv havzasiga tashlangan tosh yoki boshqa yo'llar bilan yuzaga kelishi mumkin. Suvdagi bezovtalik boshlangandan so'ng, suv to'lqinlari hosil bo'ladi va tashqariga tarqala boshlaydi. Agar bezovtalik to'xtasa ham, to'lqinlar to'xtamaydi, balki oldinga tarqalishda davom etadi. Agar bezovtalik davom etsa, doimiy ravishda yangi to'lqinlar hosil bo'ladi va bu to'lqinlarning tarqalishi boshqa to'lqinlardan orqada qoladi.
Xuddi shu narsa elektr shovqinlari natijasida hosil bo'lgan elektromagnit to'lqinlar uchun ham amal qiladi. Agar manbadan kelib chiqadigan dastlabki elektr shovqini qisqa muddatli bo'lsa, hosil bo'lgan elektromagnit to'lqinlar uzatish liniyasi ichida tarqaladi, keyin antennaga kiradi va nihoyat qo'zg'alish endi mavjud bo'lmasa ham (xuddi suv to'lqinlari va ular yaratgan shovqin kabi) bo'sh fazoviy to'lqinlar sifatida nurlanadi. Agar elektr shovqini uzluksiz bo'lsa, elektromagnit to'lqinlar uzluksiz mavjud bo'ladi va tarqalish paytida ularning orqasidan ergashadi, bu 5-rasmda ko'rsatilgan bikonusli antennada ko'rsatilgan. Elektromagnit to'lqinlar uzatish liniyalari va antennalar ichida bo'lganda, ularning mavjudligi o'tkazgich ichidagi elektr zaryadining mavjudligi bilan bog'liq. Biroq, to'lqinlar nurlanganda, ular yopiq halqa hosil qiladi va ularning mavjudligini saqlab qolish uchun hech qanday zaryad yo'q. Bu bizni quyidagi xulosaga olib keladi:
Maydonning qo'zg'alishi zaryadning tezlashishi va sekinlashishini talab qiladi, ammo maydonni saqlab turish zaryadning tezlashishi va sekinlashishini talab qilmaydi.
5-rasm
3. Dipol nurlanishi
Biz elektr maydon chiziqlari antennadan ajralib, bo'sh fazo to'lqinlarini hosil qilish mexanizmini tushuntirishga harakat qilamiz va dipol antennasini misol qilib olamiz. Bu soddalashtirilgan tushuntirish bo'lsa-da, u odamlarga bo'sh fazo to'lqinlarining paydo bo'lishini intuitiv ravishda ko'rish imkonini beradi. 6(a)-rasmda siklning birinchi choragida elektr maydon chiziqlari λ∕4 ga tashqariga siljiganida dipolning ikki qo'li o'rtasida hosil bo'lgan elektr maydon chiziqlari ko'rsatilgan. Ushbu misol uchun, hosil bo'lgan elektr maydon chiziqlari soni 3 ga teng deb faraz qilaylik. Siklning keyingi choragida asl uchta elektr maydon chiziqlari yana bir λ∕4 ni (boshlang'ich nuqtadan jami λ∕2) siljitadi va o'tkazgichdagi zaryad zichligi pasaya boshlaydi. Uni siklning birinchi yarmi oxirida o'tkazgichdagi zaryadlarni bekor qiladigan qarama-qarshi zaryadlarning kiritilishi natijasida hosil bo'lgan deb hisoblash mumkin. Qarama-qarshi zaryadlar tomonidan hosil qilingan elektr maydon chiziqlari 3 ga teng va λ∕4 masofani siljitadi, bu 6(b)-rasmdagi nuqta chiziqlar bilan ifodalanadi.
Yakuniy natija shundaki, birinchi λ/4 masofada uchta pastga yo'naltirilgan elektr maydon chiziqlari va ikkinchi λ/4 masofada bir xil miqdordagi yuqoriga yo'naltirilgan elektr maydon chiziqlari mavjud. Antennada sof zaryad yo'qligi sababli, elektr maydon chiziqlari o'tkazgichdan ajralib, yopiq halqa hosil qilish uchun birlashishi kerak. Bu 6(c)-rasmda ko'rsatilgan. Ikkinchi yarmida xuddi shu fizik jarayon kuzatiladi, lekin yo'nalish qarama-qarshi ekanligiga e'tibor bering. Shundan so'ng, jarayon takrorlanadi va cheksiz davom etadi, 4-rasmga o'xshash elektr maydon taqsimotini hosil qiladi.
6-rasm
Antennalar haqida ko'proq bilish uchun quyidagi manzilga tashrif buyuring:
Nashr vaqti: 2024-yil 20-iyun
