როდესაც საქმე ეხებაანტენები, კითხვა, რომელიც ხალხს ყველაზე მეტად აწუხებს, არის „როგორ მიიღწევა რადიაცია სინამდვილეში?“ როგორ ვრცელდება სიგნალის წყაროს მიერ გენერირებული ელექტრომაგნიტური ველი გადამცემი ხაზის გავლით და ანტენის შიგნით და ბოლოს „გამოეყოფა“ ანტენას თავისუფალი სივრცის ტალღის წარმოსაქმნელად.
1. ერთსადენიანი გამოსხივება
დავუშვათ, რომ მუხტის სიმკვრივე, რომელიც გამოხატულია როგორც qv (კულონი/მ3), თანაბრად არის განაწილებული წრიულ მავთულში, რომლის განივი ფართობია a და მოცულობაა V, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზ 1-ზე.
სურათი 1
მოცულობა V-ში მთლიანი მუხტი Q z მიმართულებით მოძრაობს თანაბარი სიჩქარით Vz (მ/წმ). შეიძლება დავამტკიცოთ, რომ მავთულის განივკვეთზე დენის სიმკვრივე Jz არის:
Jz = qv vz （1)
თუ მავთული იდეალური გამტარისგან არის დამზადებული, მავთულის ზედაპირზე დენის სიმკვრივე Js იქნება:
Js = qs vz (2)
სადაც qs ზედაპირული მუხტის სიმკვრივეა. თუ მავთული ძალიან თხელია (იდეალურ შემთხვევაში, რადიუსი 0-ია), მავთულში დენი შეიძლება გამოისახოს შემდეგნაირად:
იზ = ქლ ვზ (3)
სადაც ql (კულონი/მეტრი) არის მუხტი სიგრძის ერთეულზე.
ჩვენ ძირითადად თხელი მავთულებით ვართ დაინტერესებული და დასკვნები ზემოთ მოცემულ სამ შემთხვევას ეხება. თუ დენი დროში ცვალებადია, ფორმულის (3) წარმოებული დროთან მიმართებაში შემდეგია:
(4)
az არის მუხტის აჩქარება. თუ მავთულის სიგრძე l-ია, (4) შეიძლება ჩაიწეროს შემდეგნაირად:
(5)
განტოლება (5) წარმოადგენს დენსა და მუხტს შორის ძირითად დამოკიდებულებას, ასევე ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ძირითად დამოკიდებულებას. მარტივად რომ ვთქვათ, გამოსხივების წარმოსაქმნელად, უნდა არსებობდეს მუხტის დროში ცვალებადი დენი ან აჩქარება (ან შენელება). დენს ჩვეულებრივ დროში ჰარმონიულ გამოყენებებში ვახსენებთ, ხოლო მუხტს ყველაზე ხშირად გარდამავალ გამოყენებებში ვახსენებთ. მუხტის აჩქარების (ან შენელების) წარმოსაქმნელად, მავთული უნდა იყოს მოხრილი, დაკეცილი და წყვეტილი. როდესაც მუხტი დროში ჰარმონიულ მოძრაობაში ირხევა, ის ასევე წარმოქმნის მუხტის პერიოდულ აჩქარებას (ან შენელებას) ან დროში ცვალებად დენს. ამიტომ:
1) თუ მუხტი არ გადაადგილდება, არც დენი იქნება და არც გამოსხივება.
2) თუ მუხტი მუდმივი სიჩქარით მოძრაობს:
ა. თუ მავთული სწორია და უსასრულო სიგრძის, გამოსხივება არ ხდება.
ბ. თუ მავთული მოხრილი, დაკეცილი ან წყვეტილია, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზ 2-ში, ეს ნიშნავს, რომ გამოსხივება არსებობს.
3) თუ მუხტი დროთა განმავლობაში რხევას განიცდის, მუხტი გამოსხივდება მაშინაც კი, თუ მავთული სწორია.
სურათი 2
გამოსხივების მექანიზმის თვისებრივი გაგება შესაძლებელია ღია მავთულთან დაკავშირებული იმპულსური წყაროს დათვალიერებით, რომლის დამიწებაც შესაძლებელია მის ღია ბოლოში დატვირთვის მეშვეობით, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზ 2(დ)-ზე. როდესაც მავთული თავდაპირველად ენერგიით იტენება, მავთულში არსებული მუხტები (თავისუფალი ელექტრონები) მოძრაობაში აჰყავთ წყაროს მიერ გენერირებული ელექტრული ველის ხაზებით. როდესაც მუხტები აჩქარებულია მავთულის წყაროს ბოლოში და შენელდება (უარყოფითი აჩქარება საწყის მოძრაობასთან შედარებით) მის ბოლოში არეკლვისას, მის ბოლოებში და მავთულის დანარჩენი ნაწილის გასწვრივ წარმოიქმნება გამოსხივების ველი. მუხტების აჩქარება ხორციელდება ძალის გარე წყაროს მიერ, რომელიც მუხტებს მოძრაობაში აყენებს და წარმოქმნის შესაბამის გამოსხივების ველს. მავთულის ბოლოებში მუხტების შენელება ხორციელდება ინდუცირებულ ველთან დაკავშირებული შინაგანი ძალებით, რაც გამოწვეულია მავთულის ბოლოებში კონცენტრირებული მუხტების დაგროვებით. შინაგანი ძალები ენერგიას იძენენ მუხტის დაგროვებიდან, რადგან მისი სიჩქარე მავთულის ბოლოებში ნულამდე მცირდება. ამრიგად, ელექტრული ველის აგზნებით გამოწვეული მუხტების აჩქარება და მავთულის წინაღობის წყვეტილობის ან გლუვი მრუდის გამო მუხტების შენელება ელექტრომაგნიტური გამოსხივების გენერირების მექანიზმებია. მიუხედავად იმისა, რომ როგორც დენის სიმკვრივე (Jc), ასევე მუხტის სიმკვრივე (qv) მაქსველის განტოლებებში წყაროს ტერმინებია, მუხტი უფრო ფუნდამენტურ სიდიდედ ითვლება, განსაკუთრებით გარდამავალი ველებისთვის. მიუხედავად იმისა, რომ გამოსხივების ეს ახსნა ძირითადად გარდამავალი მდგომარეობებისთვის გამოიყენება, მისი გამოყენება ასევე შესაძლებელია სტაციონარული გამოსხივების ასახსნელად.
გირჩევთ რამდენიმე შესანიშნავსანტენის პროდუქტებიწარმოებულიაRFMISO:
RM-TCR406.4
RM-BCA082-4 (0.8-2 გჰც)
RM-SWA910-22 (9-10 გჰც)
2. ორმავთულიანი გამოსხივება
ძაბვის წყარო შეაერთეთ ორგამტარიან გადამცემ ხაზთან, რომელიც დაკავშირებულია ანტენასთან, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზ 3(ა)-ზე. ორმავთულიან ხაზზე ძაბვის მიწოდება წარმოქმნის ელექტრულ ველს გამტარებს შორის. ელექტრული ველის ხაზები მოქმედებენ თითოეულ გამტართან დაკავშირებულ თავისუფალ ელექტრონებზე (რომლებიც ადვილად გამოეყოფა ატომებს) და აიძულებენ მათ მოძრაობას. მუხტების მოძრაობა წარმოქმნის დენს, რაც თავის მხრივ წარმოქმნის მაგნიტურ ველს.
სურათი 3
ჩვენ ვაღიარეთ, რომ ელექტრული ველის ხაზები იწყება დადებითი მუხტებით და მთავრდება უარყოფითი მუხტებით. რა თქმა უნდა, მათ ასევე შეუძლიათ დაიწყონ დადებითი მუხტებით და დასრულდნენ უსასრულობაში; ან დაიწყონ უსასრულობაში და დასრულდნენ უარყოფითი მუხტებით; ან შექმნან დახურული მარყუჟები, რომლებიც არც იწყება და არც მთავრდება რაიმე მუხტით. მაგნიტური ველის ხაზები ყოველთვის ქმნის დახურულ მარყუჟებს დენის მატარებელი გამტარების გარშემო, რადგან ფიზიკაში მაგნიტური მუხტები არ არსებობს. ზოგიერთ მათემატიკურ ფორმულაში შემოდის ეკვივალენტური მაგნიტური მუხტები და მაგნიტური დენები, რათა აჩვენონ დუალურობა სიმძლავრესა და მაგნიტურ წყაროებს შორის არსებულ გადაწყვეტილებებს შორის.
ორ გამტარს შორის დახაზული ელექტრული ველის ხაზები მუხტის განაწილების ჩვენებას უწყობს ხელს. თუ ვივარაუდებთ, რომ ძაბვის წყარო სინუსოიდურია, ველოდებით, რომ გამტარებს შორის ელექტრული ველიც სინუსოიდური იქნება, რომლის პერიოდი წყაროს პერიოდის ტოლია. ელექტრული ველის სიძლიერის ფარდობითი სიდიდე წარმოდგენილია ელექტრული ველის ხაზების სიმკვრივით, ხოლო ისრები მიუთითებს ფარდობით მიმართულებას (დადებითი ან უარყოფითი). გამტარებს შორის დროში ცვალებადი ელექტრული და მაგნიტური ველების წარმოქმნა წარმოქმნის ელექტრომაგნიტურ ტალღას, რომელიც ვრცელდება გადამცემი ხაზის გასწვრივ, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზ 3(ა)-ზე. ელექტრომაგნიტური ტალღა ანტენაში შედის მუხტთან და შესაბამის დენთან ერთად. თუ ანტენის სტრუქტურის ნაწილს ამოვიღებთ, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზ 3(ბ)-ზე, ელექტრული ველის ხაზების ღია ბოლოების (ნაჩვენებია წერტილოვანი ხაზებით) „შეერთებით“ შეიძლება წარმოიქმნას თავისუფალი სივრცის ტალღა. თავისუფალი სივრცის ტალღაც პერიოდულია, მაგრამ მუდმივი ფაზის წერტილი P0 სინათლის სიჩქარით გარეთ მოძრაობს და ნახევარ პერიოდში გადის λ/2 მანძილს (P1-მდე). ანტენასთან ახლოს, მუდმივი ფაზის წერტილი P0 სინათლის სიჩქარეზე სწრაფად მოძრაობს და ანტენისგან დაშორებულ წერტილებში სინათლის სიჩქარეს უახლოვდება. სურათი 4 გვიჩვენებს λ∕2 ანტენის თავისუფალი სივრცის ელექტრული ველის განაწილებას t = 0, t/8, t/4 და 3T/8 წერტილებში.
სურათი 4 λ∕2 ანტენის თავისუფალი სივრცის ელექტრული ველის განაწილება t = 0, t/8, t/4 და 3T/8 წერტილებში
უცნობია, თუ როგორ გამოეყოფა მართვადი ტალღები ანტენას და საბოლოოდ როგორ ყალიბდება თავისუფალ სივრცეში გავრცელებისთვის. მართვადი და თავისუფალი სივრცის ტალღები შეგვიძლია შევადაროთ წყლის ტალღებს, რომლებიც შეიძლება გამოწვეული იყოს წყლის მშვიდ ნაწილში ჩავარდნილი ქვით ან სხვა გზით. როგორც კი წყალში არეულობა დაიწყება, წარმოიქმნება წყლის ტალღები და იწყებენ გარეთ გავრცელებას. მაშინაც კი, თუ არეულობა შეწყდება, ტალღები არ ჩერდება, არამედ აგრძელებენ წინ გავრცელებას. თუ არეულობა გაგრძელდა, მუდმივად წარმოიქმნება ახალი ტალღები და ამ ტალღების გავრცელება ჩამორჩება სხვა ტალღებს.
იგივე ეხება ელექტრული დარღვევებით გენერირებულ ელექტრომაგნიტურ ტალღებს. თუ წყაროდან საწყისი ელექტრული დარღვევა ხანმოკლეა, გენერირებული ელექტრომაგნიტური ტალღები ვრცელდება გადამცემი ხაზის შიგნით, შემდეგ შედის ანტენაში და ბოლოს გამოსხივდება თავისუფალი სივრცის ტალღების სახით, მიუხედავად იმისა, რომ აგზნება აღარ არსებობს (ისევე როგორც წყლის ტალღები და მათ მიერ შექმნილი დარღვევა). თუ ელექტრული დარღვევა უწყვეტია, ელექტრომაგნიტური ტალღები განუწყვეტლივ არსებობს და გავრცელების დროს მათ მჭიდროდ მიჰყვება, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზ 5-ზე ნაჩვენებ ბიკონუსურ ანტენაზე. როდესაც ელექტრომაგნიტური ტალღები გადამცემ ხაზებსა და ანტენებშია, მათი არსებობა დაკავშირებულია გამტარის შიგნით ელექტრული მუხტის არსებობასთან. თუმცა, როდესაც ტალღები გამოსხივდება, ისინი ქმნიან დახურულ მარყუჟს და არ არსებობს მუხტი მათი არსებობის შესანარჩუნებლად. ეს გვაძლევს დასკვნას, რომ:
ველის აგზნება მოითხოვს მუხტის აჩქარებას და შენელებას, მაგრამ ველის შენარჩუნება არ საჭიროებს მუხტის აჩქარებას და შენელებას.
სურათი 5
3. დიპოლური გამოსხივება
ჩვენ ვცდილობთ ავხსნათ მექანიზმი, რომლითაც ელექტრული ველის ხაზები ანტენიდან შორდება და თავისუფალი სივრცის ტალღებს წარმოქმნის და მაგალითად დიპოლური ანტენა ავიღოთ. მიუხედავად იმისა, რომ ეს გამარტივებული ახსნაა, ის ასევე საშუალებას აძლევს ადამიანებს ინტუიციურად დაინახონ თავისუფალი სივრცის ტალღების წარმოქმნა. სურათი 6(ა) გვიჩვენებს დიპოლის ორ მკლავს შორის წარმოქმნილ ელექტრულ ველის ხაზებს, როდესაც ელექტრული ველის ხაზები ციკლის პირველ მეოთხედში λ∕4-ით გარეთ მოძრაობენ. ამ მაგალითისთვის, დავუშვათ, რომ წარმოქმნილი ელექტრული ველის ხაზების რაოდენობა 3-ია. ციკლის შემდეგ მეოთხედში, საწყისი სამი ელექტრული ველის ხაზი კიდევ λ∕4-ით გადაადგილდება (სულ λ∕2 საწყისი წერტილიდან) და გამტარზე მუხტის სიმკვრივე იწყებს შემცირებას. ის შეიძლება ჩაითვალოს საპირისპირო მუხტების შემოღებით წარმოქმნილად, რომლებიც ციკლის პირველი ნახევრის ბოლოს გამტარზე მუხტებს აბათილებენ. საპირისპირო მუხტების მიერ წარმოქმნილი ელექტრული ველის ხაზები 3-ია და λ∕4 მანძილზე გადაადგილდება, რაც წარმოდგენილია ნახაზი 6(ბ)-ზე წერტილოვანი ხაზებით.
საბოლოო შედეგი ის არის, რომ პირველ λ∕4 მანძილზე სამი დაღმავალი ელექტრული ველის ხაზია, ხოლო მეორე λ∕4 მანძილზე - ამდენივე რაოდენობის აღმავალი ელექტრული ველის ხაზები. რადგან ანტენაზე წმინდა მუხტი არ არის, ელექტრული ველის ხაზები იძულებით უნდა გამოეყოს გამტარს და გაერთიანდეს დახურული მარყუჟის შესაქმნელად. ეს ნაჩვენებია ნახაზ 6(გ)-ში. მეორე ნახევარში იგივე ფიზიკური პროცესი მიმდინარეობს, მაგრამ გაითვალისწინეთ, რომ მიმართულება საპირისპიროა. ამის შემდეგ, პროცესი მეორდება და განუსაზღვრელი ვადით გრძელდება, რაც ქმნის ნახაზ 4-ის მსგავს ელექტრულ ველის განაწილებას.
სურათი 6
ანტენების შესახებ დამატებითი ინფორმაციის მისაღებად, გთხოვთ, ეწვიოთ:
გამოქვეყნების დრო: 20 ივნისი-2024
