Quan es tracta deantenes, la pregunta que més preocupa a la gent és "Com s'aconsegueix realment la radiació?"Com es propaga el camp electromagnètic generat per la font del senyal per la línia de transmissió i dins de l'antena, i finalment "se separa" de l'antena per formar una ona d'espai lliure.
1. Radiació d'un sol fil
Suposem que la densitat de càrrega, expressada com qv (Coulomb/m3), es distribueix uniformement en un cable circular amb una àrea de secció transversal de a i un volum de V, tal com es mostra a la figura 1.
figura 1
La càrrega total Q en el volum V es mou en la direcció z a una velocitat uniforme Vz (m/s).Es pot demostrar que la densitat de corrent Jz a la secció transversal del cable és:
Jz = qv vz （1）
Si el cable està fet d'un conductor ideal, la densitat de corrent Js a la superfície del cable és:
Js = qs vz （2）
On qs és la densitat de càrrega superficial.Si el cable és molt prim (idealment, el radi és 0), el corrent al cable es pot expressar com:
Iz = ql vz (3)
On ql (coulomb/metre) és la càrrega per unitat de longitud.
Ens preocupen principalment els cables prims i les conclusions s'apliquen als tres casos anteriors.Si el corrent varia en el temps, la derivada de la fórmula (3) respecte al temps és la següent:
（4）
az és l'acceleració de càrrega.Si la longitud del cable és l, (4) es pot escriure de la següent manera:
（5）
L'equació (5) és la relació bàsica entre el corrent i la càrrega, i també la relació bàsica de la radiació electromagnètica.En poques paraules, per produir radiació, hi ha d'haver un corrent variable en el temps o una acceleració (o desacceleració) de càrrega.Normalment esmentem el corrent a les aplicacions d'harmòniques de temps, i la càrrega s'esmenta amb més freqüència a les aplicacions transitòries.Per tal de produir una acceleració de càrrega (o desacceleració), el cable ha de ser doblegat, plegat i discontinu.Quan la càrrega oscil·la en moviment harmònic en el temps, també produirà acceleració (o desacceleració) de càrrega periòdica o corrent variable en el temps.Per tant:
1) Si la càrrega no es mou, no hi haurà corrent ni radiació.
2) Si la càrrega es mou a una velocitat constant:
a.Si el cable és recte i de longitud infinita, no hi ha radiació.
b.Si el cable està doblegat, plegat o discontinu, com es mostra a la figura 2, hi ha radiació.
3) Si la càrrega oscil·la amb el temps, la càrrega irradiarà encara que el cable sigui recte.
Figura 2
Es pot obtenir una comprensió qualitativa del mecanisme de radiació observant una font polsada connectada a un cable obert que es pot posar a terra mitjançant una càrrega al seu extrem obert, tal com es mostra a la figura 2 (d).Quan el cable s'activa inicialment, les càrregues (electrons lliures) del cable es posen en moviment per les línies de camp elèctric generades per la font.A mesura que les càrregues s'acceleren a l'extrem de la font del cable i es desacceleren (acceleració negativa en relació amb el moviment original) quan es reflecteixen al seu extrem, es genera un camp de radiació als seus extrems i al llarg de la resta del cable.L'acceleració de les càrregues s'aconsegueix mitjançant una font externa de força que posa les càrregues en moviment i produeix el camp de radiació associat.La desacceleració de les càrregues als extrems del cable s'aconsegueix per forces internes associades al camp induït, que és causada per l'acumulació de càrregues concentrades als extrems del cable.Les forces internes guanyen energia de l'acumulació de càrrega a mesura que la seva velocitat disminueix a zero als extrems del cable.Per tant, l'acceleració de les càrregues deguda a l'excitació del camp elèctric i la desacceleració de les càrregues a causa de la discontinuïtat o corba suau de la impedància del cable són els mecanismes per a la generació de radiació electromagnètica.Encara que tant la densitat de corrent (Jc) com la densitat de càrrega (qv) són termes font en les equacions de Maxwell, la càrrega es considera una quantitat més fonamental, especialment per a camps transitoris.Encara que aquesta explicació de la radiació s'utilitza principalment per als estats transitoris, també es pot utilitzar per explicar la radiació en estat estacionari.
Recomano diversos excel·lentsproductes d'antenafabricat perRFMISO:
RM-TCR406.4
RM-BCA082-4 (0,8-2 GHz)
RM-SWA910-22 (9-10GHz)
2. Radiació de dos fils
Connecteu una font de tensió a una línia de transmissió de dos conductors connectada a una antena, tal com es mostra a la figura 3 (a).L'aplicació de tensió a la línia de dos fils genera un camp elèctric entre els conductors.Les línies de camp elèctric actuen sobre els electrons lliures (separats fàcilment dels àtoms) connectats a cada conductor i els obliguen a moure's.El moviment de les càrregues genera corrent, que al seu torn genera un camp magnètic.
Figura 3
Hem acceptat que les línies de camp elèctric comencen amb càrregues positives i acaben amb càrregues negatives.Per descomptat, també poden començar amb càrregues positives i acabar a l'infinit;o començar a l'infinit i acabar amb càrregues negatives;o formar llaços tancats que no comencen ni acaben amb cap càrrega.Les línies de camp magnètic sempre formen bucles tancats al voltant dels conductors que transporten corrent perquè no hi ha càrregues magnètiques en física.En algunes fórmules matemàtiques, s'introdueixen càrregues magnètiques equivalents i corrents magnètics per mostrar la dualitat entre solucions que impliquen potència i fonts magnètiques.
Les línies de camp elèctric dibuixades entre dos conductors ajuden a mostrar la distribució de la càrrega.Si suposem que la font de tensió és sinusoïdal, esperem que el camp elèctric entre els conductors també sigui sinusoïdal amb un període igual al de la font.La magnitud relativa de la intensitat del camp elèctric està representada per la densitat de les línies del camp elèctric, i les fletxes indiquen la direcció relativa (positiva o negativa).La generació de camps elèctrics i magnètics variables en el temps entre els conductors forma una ona electromagnètica que es propaga al llarg de la línia de transmissió, tal com es mostra a la figura 3 (a).L'ona electromagnètica entra a l'antena amb la càrrega i el corrent corresponent.Si eliminem part de l'estructura de l'antena, tal com es mostra a la figura 3 (b), es pot formar una ona d'espai lliure "connectant" els extrems oberts de les línies de camp elèctric (mostrats per les línies de punts).L'ona d'espai lliure també és periòdica, però el punt de fase constant P0 es desplaça cap a fora a la velocitat de la llum i recorre una distància de λ/2 (a P1) en mig període de temps.A prop de l'antena, el punt de fase constant P0 es mou més ràpidament que la velocitat de la llum i s'acosta a la velocitat de la llum en punts allunyats de l'antena.La figura 4 mostra la distribució del camp elèctric a l'espai lliure de l'antena λ∕2 a t = 0, t/8, t/4 i 3T/8.
Figura 4 Distribució del camp elèctric en espai lliure de l'antena λ∕2 a t = 0, t/8, t/4 i 3T/8
No se sap com es separen les ones guiades de l'antena i finalment es formen per propagar-se a l'espai lliure.Podem comparar les ones guiades i de l'espai lliure amb les ones d'aigua, que poden ser provocades per una pedra caiguda en una massa d'aigua tranquil·la o d'altres maneres.Un cop comença la pertorbació a l'aigua, es generen ones d'aigua i comencen a propagar-se cap a l'exterior.Encara que la pertorbació s'aturi, les ones no s'aturen sinó que continuen propagant-se cap endavant.Si la pertorbació persisteix, constantment es generen noves ones, i la propagació d'aquestes ones queda endarrerida amb les altres ones.
El mateix passa amb les ones electromagnètiques generades per pertorbacions elèctriques.Si la pertorbació elèctrica inicial de la font és de curta durada, les ones electromagnètiques generades es propaguen dins de la línia de transmissió, després entren a l'antena i, finalment, s'irradien com a ones d'espai lliure, tot i que l'excitació ja no és present (igual que les ones d'aigua). i la pertorbació que van crear).Si la pertorbació elèctrica és contínua, les ones electromagnètiques existeixen contínuament i les segueixen de prop durant la propagació, tal com es mostra a l'antena bicònica que es mostra a la figura 5. Quan les ones electromagnètiques es troben dins de línies de transmissió i antenes, la seva existència està relacionada amb l'existència d'electricitat. càrrega dins del conductor.Tanmateix, quan les ones s'irradien, formen un llaç tancat i no hi ha cap càrrega per mantenir la seva existència.Això ens porta a la conclusió que:
L'excitació del camp requereix acceleració i desacceleració de la càrrega, però el manteniment del camp no requereix acceleració i desacceleració de la càrrega.
Figura 5
3. Radiació dipolar
Intentem explicar el mecanisme pel qual les línies de camp elèctric es separen de l'antena i formen ones d'espai lliure, i prenem com a exemple l'antena dipol.Tot i que és una explicació simplificada, també permet a la gent veure de manera intuïtiva la generació d'ones d'espai lliure.La figura 6 (a) mostra les línies de camp elèctric generades entre els dos braços del dipol quan les línies de camp elèctric es mouen cap a l'exterior per λ∕4 en el primer quart del cicle.Per a aquest exemple, suposem que el nombre de línies de camp elèctric formades és 3. En el següent quart del cicle, les tres línies de camp elèctric originals mouen un altre λ∕4 (un total de λ∕2 des del punt de partida), i la densitat de càrrega del conductor comença a disminuir.Es pot considerar que està format per la introducció de càrregues oposades, que anul·len les càrregues del conductor al final de la primera meitat del cicle.Les línies de camp elèctric generades per les càrregues oposades són 3 i es mouen una distància de λ∕4, que es representa amb les línies de punts de la figura 6(b).
El resultat final és que hi ha tres línies de camp elèctric descendent a la primera distància λ∕4 i el mateix nombre de línies de camp elèctric ascendent a la segona distància λ∕4.Com que no hi ha càrrega neta a l'antena, les línies de camp elèctric s'han de forçar a separar-se del conductor i combinar-se per formar un bucle tancat.Això es mostra a la figura 6 (c).A la segona meitat, es segueix el mateix procés físic, però tingueu en compte que la direcció és oposada.Després d'això, el procés es repeteix i continua indefinidament, formant una distribució de camp elèctric similar a la figura 4.
Figura 6
Per obtenir més informació sobre les antenes, visiteu:
Hora de publicació: 20-jun-2024
