Бұл туралы айтатын болсақантенналар, адамдарды ең көп алаңдататын сұрақ - «Радиация іс жүзінде қалай жүзеге асады?» Сигнал көзінен пайда болған электромагниттік өріс тарату желісі арқылы және антеннаның ішінде қалай таралады және ақырында антеннадан «бөліну» арқылы бос кеңістік толқынын қалай түзеді.
1. Бір сымды сәулелену
1-суретте көрсетілгендей, qv (Кулон/м3) ретінде көрсетілген заряд тығыздығы көлденең қимасының ауданы a және көлемі V болатын дөңгелек сымға біркелкі таралған деп есептейік.
1-сурет
V көлеміндегі жалпы заряд Q z бағытында біркелкі Vz (м/с) жылдамдықпен қозғалады. Сымның көлденең қимасындағы ток тығыздығы Jz келесідей екенін дәлелдеуге болады:
Jz = qv vz (1)
Егер сым идеалды өткізгіштен жасалған болса, сым бетіндегі ток тығыздығы Js:
Js = qs vz (2)
мұндағы qs - беттік заряд тығыздығы. Егер сым өте жұқа болса (идеал жағдайда радиусы 0-ге тең), сымдағы ток күшін келесідей өрнектеуге болады:
Iz = ql vz (3)
мұндағы ql (кулон/метр) - ұзындық бірлігіне шаққандағы заряд.
Біз негізінен жұқа сымдармен айналысамыз, және қорытындылар жоғарыда аталған үш жағдайға қатысты. Егер ток күші уақыт бойынша өзгеретін болса, (3) формуласының уақытқа қатысты туындысы келесідей:
(4)
az - заряд үдеу. Егер сымның ұзындығы l болса, (4) теңдеуін келесідей жазуға болады:
(5)
(5) теңдеу ток күші мен заряд арасындағы негізгі байланыс, сондай-ақ электромагниттік сәулеленудің негізгі байланысы болып табылады. Қарапайым тілмен айтқанда, сәулеленуді тудыру үшін уақыт бойынша өзгеретін ток немесе зарядтың үдеу (немесе баяулауы) болуы керек. Біз әдетте уақыт бойынша гармоникалық қолданбаларда ток туралы айтамыз, ал заряд көбінесе өтпелі қолданбаларда айтылады. Зарядтың үдеуін (немесе баяулауын) тудыру үшін сым майысып, бүктеліп, үзіліссіз болуы керек. Заряд уақыт бойынша гармоникалық қозғалыста тербелгенде, ол сонымен қатар периодты заряд үдеуін (немесе баяулауын) немесе уақыт бойынша өзгеретін токты тудырады. Сондықтан:
1) Егер заряд қозғалмаса, ток та, сәуле де болмайды.
2) Егер заряд тұрақты жылдамдықпен қозғалса:
а. Егер сым түзу және шексіз ұзындықта болса, сәулелену болмайды.
b. Егер сым 2-суретте көрсетілгендей майысқан, бүктелген немесе үзік-үзік болса, сәулелену бар.
3) Егер заряд уақыт өте келе тербелсе, сым түзу болса да, заряд сәулеленеді.
2-сурет
Сәулелену механизмін сапалы түсіну үшін 2(d)-суретте көрсетілгендей, ашық ұшындағы жүктеме арқылы жерге тұйықталуы мүмкін ашық сымға қосылған импульсті көзді қарастыруға болады. Сым бастапқыда қуатталған кезде, сымдағы зарядтар (бос электрондар) көз тудырған электр өрісі сызықтарымен қозғалысқа келтіріледі. Зарядтар сымның бастапқы ұшында үдетіліп, оның ұшында шағылысқан кезде баяулаған кезде (бастапқы қозғалысқа қатысты теріс үдеу), оның ұштарында және сымның қалған бөлігі бойымен сәулелену өрісі пайда болады. Зарядтардың үдеуіне зарядтарды қозғалысқа келтіретін және байланысты сәулелену өрісін тудыратын сыртқы күш көзі арқылы қол жеткізіледі. Сымның ұштарындағы зарядтардың баяулауы индукцияланған өріспен байланысты ішкі күштер арқылы жүзеге асырылады, бұл сымның ұштарында шоғырланған зарядтардың жиналуынан туындайды. Ішкі күштер сымның ұштарында жылдамдығы нөлге дейін төмендеген кезде зарядтың жиналуынан энергия алады. Сондықтан, электр өрісінің қоздыруына байланысты зарядтардың үдеуі және сым кедергісінің үзіліссіздігіне немесе тегіс қисығына байланысты зарядтардың баяулауы электромагниттік сәулеленудің пайда болу механизмдері болып табылады. Максвелл теңдеулерінде ток тығыздығы (Jc) және заряд тығыздығы (qv) бастапқы терминдер болғанымен, заряд, әсіресе өтпелі өрістер үшін, неғұрлым негізгі шама болып саналады. Сәулеленудің бұл түсіндірмесі негізінен өтпелі күйлер үшін қолданылғанымен, оны тұрақты күйдегі сәулеленуді түсіндіру үшін де пайдалануға болады.
Бірнеше кереметті ұсынамынантенна өнімдеріөндіргенРФМИСО:
RM-TCR406.4
RM-BCA082-4（0,8-2 ГГц)
RM-SWA910-22(9-10 ГГц)
2. Екі сымды сәулелену
3(a) суретте көрсетілгендей, кернеу көзін антеннаға қосылған екі өткізгішті тарату желісіне қосыңыз. Екі сымды желіге кернеу беру өткізгіштер арасында электр өрісін тудырады. Электр өрісінің күш сызықтары әрбір өткізгішке қосылған бос электрондарға (атомдардан оңай ажыратылатын) әсер етеді және оларды қозғалуға мәжбүр етеді. Зарядтардың қозғалысы ток тудырады, ол өз кезегінде магнит өрісін тудырады.
3-сурет
Біз электр өрісінің күш сызықтары оң зарядтардан басталып, теріс зарядтармен аяқталатынын қабылдадық. Әрине, олар оң зарядтардан басталып, шексіздікте аяқталуы мүмкін; немесе шексіздікте басталып, теріс зарядтармен аяқталуы мүмкін; немесе ешқандай зарядтармен басталмайтын және аяқталмайтын тұйықталған ілмектер түзуі мүмкін. Магнит өрісінің күш сызықтары әрқашан ток өткізгіштердің айналасында тұйықталған ілмектер түзеді, себебі физикада магниттік зарядтар жоқ. Кейбір математикалық формулаларда қуат пен магнит көздерін қамтитын шешімдер арасындағы дуализмді көрсету үшін эквивалентті магниттік зарядтар мен магниттік токтар енгізіледі.
Екі өткізгіш арасында жүргізілген электр өрісі сызықтары зарядтың таралуын көрсетуге көмектеседі. Егер кернеу көзі синусоидалы деп есептесек, өткізгіштер арасындағы электр өрісінің де синусоидалы болуын күтеміз, оның периоды көздің периодына тең. Электр өрісі кернеулігінің салыстырмалы шамасы электр өрісі сызықтарының тығыздығымен көрсетіледі, ал көрсеткілер салыстырмалы бағытты (оң немесе теріс) көрсетеді. Өткізгіштер арасындағы уақыт бойынша өзгеретін электр және магнит өрістерінің пайда болуы 3(а) суретте көрсетілгендей, беру желісі бойымен таралатын электромагниттік толқынды құрайды. Электромагниттік толқын антеннаға зарядпен және сәйкес токпен кіреді. Егер антенна құрылымының бір бөлігін алып тастасақ, 3(b) суретте көрсетілгендей, электр өрісі сызықтарының ашық ұштарын «жалғастыру» арқылы бос кеңістік толқыны пайда болуы мүмкін (нүктелі сызықтармен көрсетілген). Бос кеңістік толқыны да периодты, бірақ тұрақты фазалық нүкте P0 жарық жылдамдығымен сыртқа қарай жылжиды және жарты уақыт аралығында λ/2 (P1-ге дейін) қашықтықты өтеді. Антеннаның жанында тұрақты фазалық нүкте P0 жарық жылдамдығынан жылдамырақ қозғалады және антеннадан алыс нүктелерде жарық жылдамдығына жақындайды. 4-суретте t = 0, t/8, t/4 және 3T/8 кезінде λ/2 антеннасының бос кеңістіктегі электр өрісінің таралуы көрсетілген.
4-сурет. λ∕2 антеннасының t = 0, t/8, t/4 және 3T/8 кезіндегі бос кеңістіктік электр өрісінің таралуы
Бағытталатын толқындардың антеннадан қалай бөлініп, ақырында бос кеңістікте таралу үшін қалай пайда болатыны белгісіз. Бағытталатын және бос кеңістік толқындарын тыныш су айдынына тастың құлауынан немесе басқа жолдармен пайда болуы мүмкін су толқындарымен салыстыруға болады. Судағы ауытқу басталғаннан кейін су толқындары пайда болады және сыртқа тарала бастайды. Ауытқу тоқтағанның өзінде толқындар тоқтамайды, алға қарай тарала береді. Егер ауытқу жалғаса берсе, жаңа толқындар үнемі пайда болады және бұл толқындардың таралуы басқа толқындардан артта қалады.
Электрлік кедергілерден туындаған электромагниттік толқындарға да қатысты. Егер көзден келетін бастапқы электрлік кедергі қысқа мерзімді болса, пайда болған электромагниттік толқындар тарату желісінің ішінде таралады, содан кейін антеннаға енеді және ақырында қоздыру енді болмаса да (су толқындары және олар тудырған кедергі сияқты) бос кеңістік толқындары ретінде сәулеленеді. Егер электрлік кедергі үздіксіз болса, электромагниттік толқындар үздіксіз өмір сүреді және таралу кезінде олардың артынан жақын жүреді, бұл 5-суретте көрсетілген екі конусты антеннада көрсетілген. Электромагниттік толқындар тарату желілері мен антенналардың ішінде болған кезде, олардың болуы өткізгіштің ішіндегі электр зарядының болуымен байланысты. Дегенмен, толқындар сәулеленген кезде, олар тұйықталған цикл түзеді және олардың болуын сақтайтын заряд болмайды. Бұл бізді келесі қорытындыға әкеледі:
Өрісті қоздыру зарядтың үдеуін және баяулауын қажет етеді, бірақ өрісті ұстап тұру зарядтың үдеуін және баяулауын қажет етпейді.
5-сурет
3. Дипольдік сәулелену
Біз электр өрісі сызықтарының антеннадан бөлініп, бос кеңістік толқындарын түзу механизмін түсіндіруге тырысамыз және мысал ретінде диполь антеннасын аламыз. Бұл жеңілдетілген түсініктеме болғанымен, адамдарға бос кеңістік толқындарының пайда болуын интуитивті түрде көруге мүмкіндік береді. 6(a) суретте циклдің бірінші ширегінде электр өрісі сызықтары λ∕4 сыртқа қарай жылжыған кезде дипольдің екі иығы арасында пайда болатын электр өрісі сызықтары көрсетілген. Бұл мысал үшін пайда болған электр өрісі сызықтарының саны 3 деп есептейік. Циклдің келесі ширегінде бастапқы үш электр өрісі сызықтары тағы бір λ∕4 жылжытады (бастапқы нүктеден барлығы λ∕2), ал өткізгіштегі заряд тығыздығы төмендей бастайды. Оны циклдің бірінші жартысының соңында өткізгіштегі зарядтарды жоятын қарама-қарсы зарядтардың енгізілуімен пайда болған деп санауға болады. Қарама-қарсы зарядтар тудыратын электр өрісі сызықтары 3-ке тең және λ∕4 қашықтыққа жылжиды, бұл 6(b) суреттегі нүктелі сызықтармен көрсетілген.
Соңғы нәтиже - бірінші λ/4 қашықтықта үш төмен қарай бағытталған электр өрісі сызықтары және екінші λ/4 қашықтықта бірдей санда жоғары қарай бағытталған электр өрісі сызықтары бар. Антеннада таза заряд болмағандықтан, электр өрісі сызықтары өткізгіштен бөлініп, тұйықталған контур құру үшін біріктірілуі керек. Бұл 6(c) суретте көрсетілген. Екінші жартысында сол физикалық процесс орындалады, бірақ бағыт қарама-қарсы екенін ескеріңіз. Осыдан кейін процесс қайталанады және шексіз жалғасады, 4-суретке ұқсас электр өрісінің таралуын құрайды.
6-сурет
Антенналар туралы көбірек білу үшін мына сайтқа кіріңіз:
Жарияланған уақыты: 20 маусым 2024 ж.
