Cando se trata deantenas, a pregunta que máis lle preocupa á xente é "Como se consegue realmente a radiación?"Como se propaga o campo electromagnético xerado pola fonte de sinal pola liña de transmisión e no interior da antena e, finalmente, se "separa" da antena para formar unha onda de espazo libre.
1. Radiación dun só fío
Supoñamos que a densidade de carga, expresada como qv (Coulomb/m3), está distribuída uniformemente nun fío circular cunha área de sección transversal de a e un volume de V, como se mostra na figura 1.
Figura 1
A carga total Q no volume V móvese na dirección z a unha velocidade uniforme Vz (m/s).Pódese demostrar que a densidade de corrente Jz na sección transversal do fío é:
Jz = qv vz （1）
Se o fío está feito dun condutor ideal, a densidade de corrente Js na superficie do fío é:
Js = qs vz （2）
Onde qs é a densidade de carga superficial.Se o fío é moi delgado (idealmente, o raio é 0), a corrente no fío pódese expresar como:
Iz = ql vz (3)
Onde ql (coulomb/metro) é a carga por unidade de lonxitude.
Preocúpanos principalmente fíos finos, e as conclusións aplícanse aos tres casos anteriores.Se a corrente varía no tempo, a derivada da fórmula (3) con respecto ao tempo é a seguinte:
(4)
az é a aceleración da carga.Se a lonxitude do fío é l, (4) pódese escribir do seguinte xeito:
(5)
A ecuación (5) é a relación básica entre corrente e carga, e tamén a relación básica da radiación electromagnética.En pocas palabras, para producir radiación, debe haber unha corrente variable no tempo ou unha aceleración (ou desaceleración) de carga.Adoitamos mencionar a corrente en aplicacións de harmónicos temporais, e a carga é máis frecuentemente mencionada en aplicacións transitorias.Para producir aceleración de carga (ou desaceleración), o fío debe estar dobrado, dobrado e descontinuo.Cando a carga oscila en movemento harmónico no tempo, tamén producirá aceleración (ou desaceleración) de carga periódica ou corrente variable no tempo.Polo tanto:
1) Se a carga non se move, non haberá corrente nin radiación.
2) Se a carga se move a unha velocidade constante:
a.Se o fío é recto e de lonxitude infinita, non hai radiación.
b.Se o fío está dobrado, dobrado ou discontinuo, como se mostra na Figura 2, hai radiación.
3) Se a carga oscila co paso do tempo, a carga irradiará aínda que o fío sexa recto.
Figura 2
Pódese obter unha comprensión cualitativa do mecanismo de radiación observando unha fonte pulsada conectada a un fío aberto que pode conectarse a terra a través dunha carga no seu extremo aberto, como se mostra na Figura 2(d).Cando o fío é energizado inicialmente, as cargas (electróns libres) do fío póñense en movemento polas liñas de campo eléctrico xeradas pola fonte.A medida que as cargas se aceleran no extremo da orixe do fío e se desaceleran (aceleración negativa en relación ao movemento orixinal) cando se reflicten no seu extremo, xérase un campo de radiación nos seus extremos e ao longo do resto do fío.A aceleración das cargas realízase mediante unha fonte externa de forza que pon as cargas en movemento e produce o campo de radiación asociado.A desaceleración das cargas nos extremos do fío realízase por forzas internas asociadas ao campo inducido, que é causada pola acumulación de cargas concentradas nos extremos do fío.As forzas internas gañan enerxía pola acumulación de carga a medida que a súa velocidade diminúe ata cero nos extremos do fío.Polo tanto, a aceleración das cargas debido á excitación do campo eléctrico e a desaceleración das cargas debido á descontinuidade ou curva suave da impedancia do fío son os mecanismos para a xeración de radiación electromagnética.Aínda que tanto a densidade de corrente (Jc) como a densidade de carga (qv) son termos fonte nas ecuacións de Maxwell, a carga considérase unha cantidade máis fundamental, especialmente para campos transitorios.Aínda que esta explicación da radiación úsase principalmente para estados transitorios, tamén se pode usar para explicar a radiación en estado estacionario.
Recomendo varios excelentesprodutos de antenafabricado porRFMISO:
RM-TCR406.4
RM-BCA082-4 (0,8-2 GHz)
RM-SWA910-22 (9-10 GHz)
2. Radiación de dous fíos
Conecte unha fonte de tensión a unha liña de transmisión de dous condutores conectada a unha antena, como se mostra na Figura 3(a).A aplicación de tensión á liña de dous fíos xera un campo eléctrico entre os condutores.As liñas de campo eléctrico actúan sobre os electróns libres (separados facilmente dos átomos) conectados a cada condutor e obríganos a moverse.O movemento das cargas xera corrente, que á súa vez xera un campo magnético.
Figura 3
Aceptamos que as liñas de campo eléctrico comezan con cargas positivas e rematan con cargas negativas.Por suposto, tamén poden comezar con cargas positivas e rematar no infinito;ou comezan no infinito e rematan con cargas negativas;ou formar bucles pechados que nin comezan nin rematan con ningunha carga.As liñas de campo magnético sempre forman bucles pechados arredor dos condutores que transportan corrente porque non hai cargas magnéticas na física.Nalgunhas fórmulas matemáticas, introdúcense cargas magnéticas equivalentes e correntes magnéticas para mostrar a dualidade entre solucións que implican enerxía e fontes magnéticas.
As liñas de campo eléctrico trazadas entre dous condutores axudan a mostrar a distribución da carga.Se asumimos que a fonte de tensión é sinusoidal, esperamos que o campo eléctrico entre os condutores sexa tamén senoidal cun período igual ao da fonte.A magnitude relativa da intensidade do campo eléctrico está representada pola densidade das liñas de campo eléctrico, e as frechas indican a dirección relativa (positiva ou negativa).A xeración de campos eléctricos e magnéticos variables no tempo entre os condutores forma unha onda electromagnética que se propaga ao longo da liña de transmisión, como se mostra na Figura 3(a).A onda electromagnética entra na antena coa carga e a corrente correspondente.Se eliminamos parte da estrutura da antena, como se mostra na Figura 3(b), pódese formar unha onda de espazo libre "conectando" os extremos abertos das liñas de campo eléctrico (mostradas polas liñas de puntos).A onda de espazo libre tamén é periódica, pero o punto de fase constante P0 móvese cara ao exterior á velocidade da luz e percorre unha distancia de λ/2 (ata P1) en medio período de tempo.Preto da antena, o punto de fase constante P0 móvese máis rápido que a velocidade da luz e achégase á velocidade da luz en puntos afastados da antena.A figura 4 mostra a distribución do campo eléctrico no espazo libre da antena λ∕2 en t = 0, t/8, t/4 e 3T/8.
Figura 4 Distribución do campo eléctrico no espazo libre da antena λ∕2 en t = 0, t/8, t/4 e 3T/8
Non se sabe como se separan as ondas guiadas da antena e finalmente se forman para propagarse no espazo libre.Podemos comparar as ondas guiadas e espaciais libres coas ondas de auga, que poden ser causadas por unha pedra que cae nunha masa de auga tranquila ou doutro xeito.Unha vez que comeza a perturbación na auga, xéranse ondas de auga que comezan a propagarse cara ao exterior.Aínda que a perturbación cese, as ondas non se deteñen senón que seguen propagándose cara adiante.Se a perturbación persiste, xéranse constantemente novas ondas, e a propagación destas ondas queda por detrás das outras ondas.
O mesmo ocorre coas ondas electromagnéticas xeradas por perturbacións eléctricas.Se a perturbación eléctrica inicial da fonte é de curta duración, as ondas electromagnéticas xeradas propáganse dentro da liña de transmisión, despois entran na antena e finalmente irradian como ondas de espazo libre, aínda que a excitación xa non estea presente (igual que as ondas de auga). e a perturbación que crearon).Se a perturbación eléctrica é continua, as ondas electromagnéticas existen continuamente e seguen de cerca durante a propagación, como se mostra na antena bicónica que se mostra na Figura 5. Cando as ondas electromagnéticas están dentro de liñas de transmisión e antenas, a súa existencia está relacionada coa existencia de electricidade. carga no interior do condutor.Porén, cando as ondas son irradiadas, forman un bucle pechado e non hai carga para manter a súa existencia.Isto lévanos á conclusión de que:
A excitación do campo require aceleración e desaceleración da carga, pero o mantemento do campo non require aceleración e desaceleración da carga.
Figura 5
3. Radiación dipolar
Tentamos explicar o mecanismo polo cal as liñas de campo eléctrico se separan da antena e forman ondas de espazo libre, e tomamos como exemplo a antena dipolo.Aínda que é unha explicación simplificada, tamén permite que as persoas vexan intuitivamente a xeración de ondas de espazo libre.A figura 6(a) mostra as liñas de campo eléctrico xeradas entre os dous brazos do dipolo cando as liñas de campo eléctrico se moven cara a fóra en λ∕4 no primeiro cuarto do ciclo.Para este exemplo, supoñamos que o número de liñas de campo eléctrico formadas é 3. No seguinte cuarto do ciclo, as tres liñas de campo eléctrico orixinais moven outro λ∕4 (un total de λ∕2 desde o punto de partida), e a densidade de carga no condutor comeza a diminuír.Pódese considerar formado pola introdución de cargas opostas, que anulan as cargas do condutor ao final da primeira metade do ciclo.As liñas de campo eléctrico xeradas polas cargas opostas son 3 e móvense unha distancia de λ∕4, que está representada polas liñas de puntos na Figura 6(b).
O resultado final é que hai tres liñas de campo eléctrico descendente na primeira distancia λ∕4 e o mesmo número de liñas de campo eléctrico ascendente na segunda distancia λ∕4.Dado que non hai carga neta na antena, as liñas de campo eléctrico deben ser forzadas a separarse do condutor e combinarse para formar un bucle pechado.Isto móstrase na Figura 6(c).Na segunda metade, séguese o mesmo proceso físico, pero teña en conta que a dirección é oposta.Despois diso, o proceso repítese e continúa indefinidamente, formando unha distribución de campo eléctrico semellante á da Figura 4.
Figura 6
Para obter máis información sobre as antenas, visite:
Hora de publicación: 20-Xun-2024
