Երբ խոսքը վերաբերում էանտենաներ, մարդկանց ամենաշատը մտահոգող հարցն այն է, թե «Ինչպե՞ս է իրականում ստացվում ճառագայթումը»։ Ինչպե՞ս է ազդանշանի աղբյուրի կողմից առաջացած էլեկտրամագնիսական դաշտը տարածվում փոխանցման գծով և անտենայի ներսում, և վերջապես «բաժանվում» անտենայից՝ ձևավորելով ազատ տարածության ալիք։
1. Միալար ճառագայթում
Ենթադրենք, որ լիցքի խտությունը, որը արտահայտվում է որպես քվ (կուլոն/մ3), հավասարաչափ բաշխված է a լայնական հատույթի մակերեսով և V ծավալով շրջանաձև մետաղալարում, ինչպես ցույց է տրված նկար 1-ում։
Նկար 1
V ծավալի մեջ Q ընդհանուր լիցքը շարժվում է z ուղղությամբ՝ Vz (մ/վ) հավասարաչափ արագությամբ։ Կարելի է ապացուցել, որ Jz հոսանքի խտությունը լարի լայնական հատույթի վրա կազմում է.
Ջզ = քվ վզ （1)
Եթե լարը պատրաստված է իդեալական հաղորդիչից, լարի մակերեսին հոսանքի խտությունը՝ Js, կլինի՝
Ջս = քս վզ （2）
Որտեղ qs-ը մակերեսային լիցքի խտությունն է։ Եթե լարը շատ բարակ է (իդեալականում շառավիղը 0 է), լարի մեջ հոսանքը կարող է արտահայտվել հետևյալ կերպ՝
Իզ = քլ vz (3)
որտեղ ql-ը (կուլոն/մետր) երկարության միավորի վրա հաշվարկված լիցքն է։
Մենք հիմնականում զբաղվում ենք բարակ լարերով, և եզրակացությունները վերաբերում են վերը նշված երեք դեպքերին։ Եթե հոսանքը ժամանակի ընթացքում փոփոխական է, ապա (3) բանաձևի ածանցյալը ժամանակի նկատմամբ հետևյալն է.
(4)
az-ը լիցքի արագացումն է։ Եթե լարի երկարությունը l է, (4)-ը կարելի է գրել հետևյալ կերպ՝
(5)
Հավասարումը (5) հոսանքի և լիցքի միջև հիմնական կապն է, ինչպես նաև էլեկտրամագնիսական ճառագայթման հիմնական կապը: Պարզ ասած, ճառագայթում առաջացնելու համար պետք է լինի ժամանակի ընթացքում փոփոխվող հոսանք կամ լիցքի արագացում (կամ դանդաղում): Մենք սովորաբար հոսանքի մասին հիշատակում ենք ժամանակի ընթացքում հարմոնիկ կիրառություններում, իսկ լիցքը ամենից հաճախ հիշատակվում է անցումային կիրառություններում: Լիցքի արագացում (կամ դանդաղում) առաջացնելու համար լարը պետք է լինի ծռված, ծալված և անընդհատ: Երբ լիցքը տատանվում է ժամանակի ընթացքում հարմոնիկ շարժմամբ, այն նաև կառաջացնի լիցքի պարբերական արագացում (կամ դանդաղում) կամ ժամանակի ընթացքում փոփոխվող հոսանք: Հետևաբար՝
1) Եթե լիցքը չի շարժվում, հոսանք և ճառագայթում չի լինի։
2) Եթե լիցքը շարժվում է հաստատուն արագությամբ՝
ա. Եթե լարը ուղիղ է և անվերջ երկարությամբ, ճառագայթում չկա։
բ. Եթե մետաղալարը ծռված է, ծալված կամ ընդհատ, ինչպես ցույց է տրված նկար 2-ում, ապա կա ճառագայթում։
3) Եթե լիցքը ժամանակի ընթացքում տատանվում է, այն կճառագայթի նույնիսկ եթե լարը ուղիղ է։
Նկար 2
Ճառագայթման մեխանիզմի որակական պատկերացում կարելի է ստանալ՝ դիտարկելով իմպուլսային աղբյուրը, որը միացված է բաց լարին, որը կարող է հողանցվել իր բաց ծայրում գտնվող բեռի միջոցով, ինչպես ցույց է տրված նկար 2(դ)-ում: Երբ լարը սկզբնապես լիցքավորվում է, լարի մեջ գտնվող լիցքերը (ազատ էլեկտրոնները) շարժման մեջ են դրվում աղբյուրի կողմից առաջացած էլեկտրական դաշտի գծերի միջոցով: Քանի որ լիցքերը արագանում են լարի աղբյուրի ծայրում և դանդաղում (բացասական արագացում սկզբնական շարժման նկատմամբ), երբ անդրադարձվում են դրա ծայրում, դրա ծայրերում և լարի մնացած մասի երկայնքով առաջանում է ճառագայթման դաշտ: Լիցքերի արագացումը իրականացվում է ուժի արտաքին աղբյուրի միջոցով, որը շարժման մեջ է դնում լիցքերը և առաջացնում է համապատասխան ճառագայթման դաշտ: Լարի ծայրերում գտնվող լիցքերի դանդաղումը իրականացվում է ինդուկցված դաշտի հետ կապված ներքին ուժերի միջոցով, որը առաջանում է լարի ծայրերում կենտրոնացված լիցքերի կուտակումից: Ներքին ուժերը էներգիա են ստանում լիցքի կուտակումից, քանի որ դրա արագությունը նվազում է մինչև զրո լարի ծայրերում: Հետևաբար, էլեկտրական դաշտի գրգռման պատճառով լիցքերի արագացումը և լարի դիմադրության անընդհատության կամ հարթ կորի պատճառով լիցքերի դանդաղումը էլեկտրամագնիսական ճառագայթման առաջացման մեխանիզմներն են: Չնայած Մաքսվելի հավասարումներում և՛ հոսանքի խտությունը (Jc), և՛ լիցքի խտությունը (qv) աղբյուրային անդամներ են, լիցքը համարվում է ավելի հիմնարար մեծություն, հատկապես անցողիկ դաշտերի համար: Չնայած ճառագայթման այս բացատրությունը հիմնականում օգտագործվում է անցողիկ վիճակների համար, այն կարող է օգտագործվել նաև կայուն վիճակի ճառագայթումը բացատրելու համար:
Առաջարկեք մի քանի հիանալիանտենային արտադրանքարտադրված էՌՖՄԻՍՕ:
RM-TCR406.4
RM-BCA082-4 (0.8-2 ԳՀց)
RM-SWA910-22 (9-10 ԳՀց)
2. Երկլար ճառագայթում
Լարման աղբյուրը միացրեք անտենային միացված երկհաղորդիչ փոխանցման գծին, ինչպես ցույց է տրված նկար 3(ա)-ում: Երկհաղորդիչ գծին լարում կիրառելը էլեկտրական դաշտ է առաջացնում հաղորդիչների միջև: Էլեկտրական դաշտի գծերը ազդում են յուրաքանչյուր հաղորդչին միացված ազատ էլեկտրոնների վրա (հեշտությամբ անջատվող ատոմներից) և ստիպում են նրանց շարժվել: Լիցքերի շարժումը առաջացնում է հոսանք, որն էլ իր հերթին առաջացնում է մագնիսական դաշտ:
Նկար 3
Մենք ընդունել ենք, որ էլեկտրական դաշտի գծերը սկսվում են դրական լիցքերով և ավարտվում բացասական լիցքերով։ Իհարկե, դրանք կարող են նաև սկսվել դրական լիցքերով և ավարտվել անվերջության մեջ, կամ սկսվել անվերջության մեջ և ավարտվել բացասական լիցքերով, կամ ձևավորել փակ օղակներ, որոնք ո՛չ սկսվում են, ո՛չ էլ ավարտվում որևէ լիցքով։ Մագնիսական դաշտի գծերը միշտ ձևավորում են փակ օղակներ հոսանքակիր հաղորդիչների շուրջ, քանի որ ֆիզիկայում մագնիսական լիցքեր չկան։ Որոշ մաթեմատիկական բանաձևերում համարժեք մագնիսական լիցքեր և մագնիսական հոսանքներ են ներմուծվում՝ ցույց տալու համար հզորության և մագնիսական աղբյուրների հետ կապված լուծումների միջև երկվությունը։
Երկու հաղորդիչների միջև գծված էլեկտրական դաշտի գծերը օգնում են ցույց տալ լիցքի բաշխումը: Եթե ենթադրենք, որ լարման աղբյուրը սինուսոիդային է, մենք ակնկալում ենք, որ հաղորդիչների միջև էլեկտրական դաշտը նույնպես սինուսոիդային կլինի՝ աղբյուրի լարման պարբերությանը հավասար պարբերությամբ: Էլեկտրական դաշտի ուժի հարաբերական մեծությունը ներկայացված է էլեկտրական դաշտի գծերի խտությամբ, իսկ նետերը ցույց են տալիս հարաբերական ուղղությունը (դրական կամ բացասական): Հաղորդիչների միջև ժամանակի ընթացքում փոփոխվող էլեկտրական և մագնիսական դաշտերի առաջացումը ձևավորում է էլեկտրամագնիսական ալիք, որը տարածվում է փոխանցման գծի երկայնքով, ինչպես ցույց է տրված նկար 3(ա)-ում: Էլեկտրամագնիսական ալիքը մտնում է անտենա՝ լիցքի և համապատասխան հոսանքի հետ միասին: Եթե մենք հեռացնենք անտենայի կառուցվածքի մի մասը, ինչպես ցույց է տրված նկար 3(բ)-ում, ազատ տարածության ալիք կարող է ձևավորվել էլեկտրական դաշտի գծերի բաց ծայրերը «միացնելով» (ցույց են տրված կետավոր գծերով): Ազատ տարածության ալիքը նույնպես պարբերական է, բայց հաստատուն փուլային կետ P0-ն շարժվում է դեպի դուրս լույսի արագությամբ և անցնում է λ/2 (մինչև P1) հեռավորություն կես ժամանակահատվածում: Անտենայի մոտ, հաստատուն փուլային P0 կետը շարժվում է լույսի արագությունից ավելի արագ և մոտենում է լույսի արագությանը անտենայից հեռու գտնվող կետերում: Նկար 4-ը ցույց է տալիս λ∕2 անտենայի ազատ տարածության էլեկտրական դաշտի բաշխումը t = 0, t/8, t/4 և 3T/8 ժամանակներում:
Նկար 4. λ∕2 անտենայի ազատ տարածության էլեկտրական դաշտի բաշխումը t = 0, t/8, t/4 և 3T/8 ժամանակներում
Հայտնի չէ, թե ինչպես են ուղղորդվող ալիքները բաժանվում անտենայից և ի վերջո ձևավորվում՝ ազատ տարածությունում տարածվելու համար։ Մենք կարող ենք համեմատել ուղղորդվող և ազատ տարածության ալիքները ջրային ալիքների հետ, որոնք կարող են առաջանալ հանգիստ ջրային մարմնում ընկնելուց կամ այլ եղանակներով։ Երբ ջրի մեջ խանգարումը սկսվում է, առաջանում են ջրային ալիքներ և սկսում են տարածվել դեպի դուրս։ Նույնիսկ եթե խանգարումը դադարում է, ալիքները չեն դադարում, այլ շարունակում են տարածվել առաջ։ Եթե խանգարումը շարունակվում է, անընդհատ առաջանում են նոր ալիքներ, և այդ ալիքների տարածումը հետ է մնում մյուս ալիքներից։
Նույնը վերաբերում է էլեկտրական խանգարումներից առաջացած էլեկտրամագնիսական ալիքներին: Եթե աղբյուրից եկող սկզբնական էլեկտրական խանգարումը կարճատև է, առաջացած էլեկտրամագնիսական ալիքները տարածվում են փոխանցման գծի ներսում, այնուհետև մտնում են անտենայի մեջ և վերջապես ճառագայթվում են որպես ազատ տարածության ալիքներ, նույնիսկ եթե գրգռումը այլևս գոյություն չունի (ինչպես ջրային ալիքները և դրանց ստեղծած խանգարումը): Եթե էլեկտրական խանգարումը շարունակական է, էլեկտրամագնիսական ալիքները գոյություն ունեն անընդհատ և դրանցից անմիջապես հետո են հետևում տարածման ընթացքում, ինչպես ցույց է տրված նկար 5-ում պատկերված երկկոնաձև անտենայում: Երբ էլեկտրամագնիսական ալիքները փոխանցման գծերի և անտենաների ներսում են, դրանց գոյությունը կապված է հաղորդչի ներսում էլեկտրական լիցքի առկայության հետ: Սակայն, երբ ալիքները ճառագայթվում են, դրանք կազմում են փակ օղակ, և չկա լիցք՝ դրանք գոյությունը պահպանելու համար: Սա մեզ հանգեցնում է այն եզրակացության, որ՝
Դաշտի գրգռումը պահանջում է լիցքի արագացում և դանդաղում, սակայն դաշտի պահպանումը չի պահանջում լիցքի արագացում և դանդաղում։
Նկար 5
3. Դիպոլային ճառագայթում
Մենք փորձում ենք բացատրել այն մեխանիզմը, որով էլեկտրական դաշտի գծերը անջատվում են անտենայից և առաջացնում ազատ տարածության ալիքներ, և որպես օրինակ վերցնում ենք դիպոլային անտենան։ Չնայած սա պարզեցված բացատրություն է, այն նաև թույլ է տալիս մարդկանց ինտուիտիվորեն տեսնել ազատ տարածության ալիքների առաջացումը։ Նկար 6(ա)-ն ցույց է տալիս դիպոլի երկու թևերի միջև առաջացած էլեկտրական դաշտի գծերը, երբ էլեկտրական դաշտի գծերը ցիկլի առաջին քառորդում λ∕4-ով շարժվում են դեպի դուրս։ Այս օրինակի համար ենթադրենք, որ ձևավորված էլեկտրական դաշտի գծերի քանակը 3 է։ Ցիկլի հաջորդ քառորդում սկզբնական երեք էլեկտրական դաշտի գծերը շարժվում են ևս λ∕4-ով (ընդհանուր առմամբ λ∕2 մեկնարկային կետից), և հաղորդչի վրա լիցքի խտությունը սկսում է նվազել։ Այն կարելի է համարել ձևավորված հակադիր լիցքերի ներմուծմամբ, որոնք չեզոքացնում են հաղորդչի վրա լիցքերը ցիկլի առաջին կեսի վերջում։ Հակադիր լիցքերի կողմից առաջացած էլեկտրական դաշտի գծերը 3 են և շարժվում են λ∕4 հեռավորությամբ, որը ներկայացված է նկար 6(բ)-ում կետավոր գծերով։
Վերջնական արդյունքն այն է, որ առաջին λ∕4 հեռավորության վրա կան երեք ներքև ուղղված էլեկտրական դաշտի գծեր, իսկ երկրորդ λ∕4 հեռավորության վրա՝ նույն քանակությամբ վերև ուղղված էլեկտրական դաշտի գծեր։ Քանի որ անտենայի վրա զուտ լիցք չկա, էլեկտրական դաշտի գծերը պետք է ստիպված լինեն անջատվել հաղորդիչից և միանալ՝ փակ օղակ ձևավորելու համար։ Սա ցույց է տրված նկար 6(գ)-ում։ Երկրորդ կեսում հետևում է նույն ֆիզիկական գործընթացին, բայց նկատի ունեցեք, որ ուղղությունը հակառակն է։ Դրանից հետո գործընթացը կրկնվում է և շարունակվում է անորոշ ժամանակով՝ ձևավորելով նկար 4-ին նման էլեկտրական դաշտի բաշխում։
Նկար 6
Անտենաների մասին ավելին իմանալու համար այցելեք՝
Հրապարակման ժամանակը. Հունիս-20-2024
