เมื่อถึงเวลาเสาอากาศคำถามที่ผู้คนกังวลมากที่สุดคือ "แท้จริงแล้วรังสีเกิดขึ้นได้อย่างไร"สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่สร้างโดยแหล่งสัญญาณแพร่กระจายผ่านสายส่งและภายในเสาอากาศได้อย่างไร และสุดท้ายจะ "แยก" จากเสาอากาศเพื่อสร้างคลื่นอวกาศว่าง
1. การแผ่รังสีสายเดี่ยว
สมมติว่าความหนาแน่นประจุแสดงเป็น qv (คูลอมบ์/m3) มีการกระจายอย่างสม่ำเสมอในเส้นลวดทรงกลมโดยมีพื้นที่หน้าตัด a และปริมาตร V ดังแสดงในรูปที่ 1
รูปที่ 1
ประจุรวม Q ในปริมาตร V เคลื่อนที่ในทิศทาง z ด้วยความเร็วสม่ำเสมอ Vz (m/s)สามารถพิสูจน์ได้ว่าความหนาแน่นกระแส Jz บนหน้าตัดของเส้นลวดคือ:
Jz = qv vz (1)
ถ้าลวดทำจากตัวนำในอุดมคติ ความหนาแน่นกระแส Js บนพื้นผิวลวดคือ:
Js = คิวเอส vz (2)
โดยที่ qs คือความหนาแน่นประจุของพื้นผิวถ้าลวดมีความบางมาก (รัศมีควรเป็น 0) กระแสไฟฟ้าในเส้นลวดสามารถแสดงเป็น:
อิซ = ql vz (3)
โดยที่ ql (คูลอมบ์/เมตร) คือประจุต่อหน่วยความยาว
เราเกี่ยวข้องกับสายไฟเส้นเล็กเป็นหลัก และข้อสรุปใช้ได้กับสามกรณีข้างต้นถ้ากระแสแปรผันตามเวลา อนุพันธ์ของสูตร (3) เทียบกับเวลาจะเป็นดังนี้:
(4)
az คือความเร่งประจุถ้าความยาวของลวดเป็น l จะได้ (4) เขียนได้ดังนี้
(5)
สมการ (5) คือความสัมพันธ์พื้นฐานระหว่างกระแสและประจุ และความสัมพันธ์พื้นฐานของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าด้วยพูดง่ายๆ ก็คือ ในการผลิตรังสี จะต้องมีกระแสหรือการเร่งความเร็ว (หรือการชะลอตัว) ของประจุที่แปรผันตามเวลาเรามักจะพูดถึงกระแสในแอปพลิเคชันไทม์ฮาร์โมนิก และประจุมักถูกกล่าวถึงในแอปพลิเคชันชั่วคราวเพื่อที่จะสร้างความเร่งประจุ (หรือการชะลอตัว) ลวดจะต้องงอ พับ และไม่ต่อเนื่องเมื่อประจุแกว่งไปมาในการเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกตามเวลา มันจะทำให้เกิดการเร่งความเร็ว (หรือการชะลอตัว) ของประจุเป็นคาบหรือกระแสที่แปรผันตามเวลาด้วยดังนั้น:
1) ถ้าประจุไม่เคลื่อนที่ จะไม่มีกระแสและไม่มีการแผ่รังสี
2) หากประจุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่:
ก.ถ้าลวดเป็นเส้นตรงและมีความยาวไม่สิ้นสุด จะไม่มีการแผ่รังสี
ข.หากลวดงอ พับ หรือไม่ต่อเนื่อง ดังแสดงในรูปที่ 2 แสดงว่ามีการแผ่รังสี
3) หากประจุแกว่งไปมาเมื่อเวลาผ่านไป ประจุจะแผ่รังสีแม้ว่าสายไฟจะตั้งตรงก็ตาม
รูปที่ 2
ความเข้าใจเชิงคุณภาพของกลไกการแผ่รังสีสามารถหาได้จากการดูแหล่งกำเนิดพัลส์ที่เชื่อมต่อกับสายไฟเปิดที่สามารถต่อสายดินผ่านโหลดที่ปลายเปิดได้ ดังแสดงในรูปที่ 2(d)เมื่อสายไฟได้รับพลังงานในตอนแรก ประจุ (อิเล็กตรอนอิสระ) ในเส้นลวดจะเคลื่อนที่โดยเส้นสนามไฟฟ้าที่สร้างโดยแหล่งกำเนิดเนื่องจากประจุถูกเร่งที่ปลายแหล่งกำเนิดของเส้นลวดและชะลอตัวลง (ความเร่งเชิงลบสัมพันธ์กับการเคลื่อนที่เดิม) เมื่อสะท้อนที่ปลายเส้นลวด สนามรังสีจะถูกสร้างขึ้นที่ปลายและตลอดส่วนที่เหลือของเส้นลวดการเร่งความเร็วของประจุทำได้สำเร็จโดยแหล่งแรงภายนอกที่ทำให้ประจุเคลื่อนที่และสร้างสนามรังสีที่เกี่ยวข้องการชะลอตัวของประจุที่ปลายเส้นลวดทำได้สำเร็จโดยแรงภายในที่เกี่ยวข้องกับสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำ ซึ่งเกิดจากการสะสมของประจุเข้มข้นที่ปลายเส้นลวดแรงภายในได้รับพลังงานจากการสะสมประจุเมื่อความเร็วลดลงเหลือศูนย์ที่ปลายเส้นลวดดังนั้นความเร่งของประจุเนื่องจากการกระตุ้นสนามไฟฟ้าและการชะลอตัวของประจุเนื่องจากความไม่ต่อเนื่องหรือเส้นโค้งเรียบของอิมพีแดนซ์ของเส้นลวดจึงเป็นกลไกในการสร้างรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าแม้ว่าทั้งความหนาแน่นกระแส (Jc) และความหนาแน่นประจุ (qv) จะเป็นเงื่อนไขของแหล่งกำเนิดในสมการของแมกซ์เวลล์ ประจุถือเป็นปริมาณพื้นฐานมากกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับสนามชั่วคราวแม้ว่าคำอธิบายของการแผ่รังสีนี้ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับสภาวะชั่วคราว แต่ก็สามารถใช้เพื่ออธิบายการแผ่รังสีในสภาวะคงตัวได้เช่นกัน
แนะนำที่ยอดเยี่ยมหลายอย่างผลิตภัณฑ์เสาอากาศผลิตโดยRFMISO:
RM-ทีซีอาร์406.4
RM-บีซีเอ082-4(0.8-2GHz)
RM-SWA910-22(9-10GHz)
2. การแผ่รังสีแบบสองสาย
เชื่อมต่อแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าเข้ากับสายส่งแบบสองตัวนำที่เชื่อมต่อกับเสาอากาศ ดังแสดงในรูปที่ 3(a)การใช้แรงดันไฟฟ้ากับเส้นลวดสองเส้นจะสร้างสนามไฟฟ้าระหว่างตัวนำเส้นสนามไฟฟ้ากระทำกับอิเล็กตรอนอิสระ (แยกออกจากอะตอมได้ง่าย) ที่เชื่อมต่อกับตัวนำแต่ละตัวและบังคับให้พวกมันเคลื่อนที่การเคลื่อนที่ของประจุทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า ซึ่งในทางกลับกันจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก
รูปที่ 3
เรายอมรับว่าเส้นสนามไฟฟ้าเริ่มต้นด้วยประจุบวกและสิ้นสุดด้วยประจุลบแน่นอนว่าพวกมันสามารถเริ่มต้นด้วยประจุบวกและสิ้นสุดที่อนันต์หรือเริ่มต้นที่อนันต์และจบลงด้วยประจุลบหรือสร้างวงปิดที่ไม่เริ่มต้นหรือสิ้นสุดโดยไม่มีการเรียกเก็บเงินใดๆเส้นสนามแม่เหล็กจะก่อตัวเป็นวงปิดรอบๆ ตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเสมอ เนื่องจากไม่มีประจุแม่เหล็กในวิชาฟิสิกส์ในสูตรทางคณิตศาสตร์บางสูตร ประจุแม่เหล็กที่เท่ากันและกระแสแม่เหล็กถูกนำมาใช้เพื่อแสดงความเป็นคู่ระหว่างคำตอบที่เกี่ยวข้องกับพลังงานและแหล่งกำเนิดแม่เหล็ก
เส้นสนามไฟฟ้าที่ลากระหว่างตัวนำสองตัวช่วยแสดงการกระจายตัวของประจุถ้าเราสมมุติว่าแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าเป็นแบบไซน์ซอยด์ เราคาดว่าสนามไฟฟ้าระหว่างตัวนำจะเป็นแบบไซน์ซอยด์ด้วยโดยมีคาบเท่ากับคาบของแหล่งกำเนิดขนาดสัมพัทธ์ของความแรงของสนามไฟฟ้าแสดงด้วยความหนาแน่นของเส้นสนามไฟฟ้า และลูกศรระบุทิศทางสัมพัทธ์ (บวกหรือลบ)การสร้างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่แปรผันตามเวลาระหว่างตัวนำจะก่อให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แพร่กระจายไปตามสายส่ง ดังแสดงในรูปที่ 3 (a)คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเข้าสู่เสาอากาศพร้อมกับประจุและกระแสที่สอดคล้องกันหากเราถอดโครงสร้างเสาอากาศบางส่วนออก ดังแสดงในรูปที่ 3 (b) คลื่นอวกาศว่างสามารถเกิดขึ้นได้โดยการ "เชื่อมต่อ" ปลายเปิดของเส้นสนามไฟฟ้า (แสดงด้วยเส้นประ)คลื่นในอวกาศว่างนั้นมีคาบเช่นกัน แต่จุดเฟสคงตัว P0 เคลื่อนที่ออกไปด้านนอกด้วยความเร็วแสงและเดินทางเป็นระยะทาง แล/2 (ถึง P1) ในครึ่งคาบเวลาใกล้กับเสาอากาศ จุดเฟสคงที่ P0 จะเคลื่อนที่เร็วกว่าความเร็วแสงและเข้าใกล้ความเร็วแสงที่จุดที่อยู่ห่างจากเสาอากาศรูปที่ 4 แสดงการกระจายสนามไฟฟ้าในพื้นที่ว่างของเสาอากาศ γ∕2 ที่ t = 0, t/8, t/4 และ 3T/8
รูปที่ 4 การกระจายสนามไฟฟ้าพื้นที่ว่างของเสาอากาศ γ∕2 ที่ t = 0, t/8, t/4 และ 3T/8
ไม่มีใครรู้ว่าคลื่นนำทางถูกแยกออกจากเสาอากาศอย่างไร และในที่สุดก็ก่อตัวขึ้นเพื่อแพร่กระจายในพื้นที่ว่างเราสามารถเปรียบเทียบคลื่นนำทางและคลื่นอวกาศว่างกับคลื่นน้ำ ซึ่งอาจเกิดจากก้อนหินตกลงในแหล่งน้ำนิ่งหรือด้วยวิธีอื่นเมื่อการรบกวนในน้ำเริ่มขึ้น คลื่นน้ำจะถูกสร้างขึ้นและเริ่มแพร่กระจายออกไปด้านนอกแม้ว่าการรบกวนจะหยุดลง คลื่นจะไม่หยุดแต่ยังคงแพร่กระจายไปข้างหน้าหากการรบกวนยังคงอยู่ คลื่นใหม่จะถูกสร้างขึ้นอย่างต่อเนื่อง และการแพร่กระจายของคลื่นเหล่านี้จะล่าช้ากว่าคลื่นอื่น
เช่นเดียวกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากการรบกวนทางไฟฟ้าหากการรบกวนทางไฟฟ้าเริ่มต้นจากแหล่งกำเนิดมีระยะเวลาสั้น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สร้างขึ้นจะแพร่กระจายภายในสายส่ง จากนั้นเข้าสู่เสาอากาศ และสุดท้ายจะแผ่ออกเป็นคลื่นในอวกาศ แม้ว่าจะไม่มีการกระตุ้นอยู่อีกต่อไป (เช่นเดียวกับคลื่นน้ำ และความวุ่นวายที่พวกเขาสร้างขึ้น)หากการรบกวนทางไฟฟ้าเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะมีอยู่อย่างต่อเนื่องและตามมาอย่างใกล้ชิดระหว่างการแพร่กระจาย ดังที่แสดงในเสาอากาศแบบไบโคนิคัลที่แสดงในรูปที่ 5 เมื่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอยู่ภายในสายส่งและเสาอากาศ การดำรงอยู่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะสัมพันธ์กับการมีอยู่ของไฟฟ้า ประจุภายในตัวนำอย่างไรก็ตาม เมื่อคลื่นแผ่กระจายออกไป คลื่นเหล่านี้จะก่อตัวเป็นวงปิดและไม่มีค่าใช้จ่ายใด ๆ ที่จะคงอยู่ต่อไปสิ่งนี้นำเราไปสู่ข้อสรุปว่า:
การกระตุ้นสนามต้องอาศัยความเร่งและความหน่วงของประจุ แต่การบำรุงรักษาสนามไม่จำเป็นต้องอาศัยความเร่งและความหน่วงของประจุ
รูปที่ 5
3. การแผ่รังสีไดโพล
เราพยายามอธิบายกลไกที่เส้นสนามไฟฟ้าแยกตัวออกจากเสาอากาศและก่อตัวเป็นคลื่นในอวกาศ และใช้เสาอากาศไดโพลเป็นตัวอย่างแม้ว่าจะเป็นคำอธิบายที่เรียบง่าย แต่ยังช่วยให้ผู้คนมองเห็นการสร้างคลื่นในอวกาศได้อย่างสังหรณ์ใจรูปที่ 6(a) แสดงเส้นสนามไฟฟ้าที่สร้างขึ้นระหว่างแขนทั้งสองของไดโพล เมื่อเส้นสนามไฟฟ้าเคลื่อนออกไปด้านนอก แล∕4 ในช่วงควอเตอร์แรกของวงจรสำหรับตัวอย่างนี้ สมมติว่าจำนวนเส้นสนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้นคือ 3 ในไตรมาสถัดไปของวงจร เส้นสนามไฟฟ้าสามเส้นเดิมจะเคลื่อนที่อีก γ∕4 (รวม แล∕2 จากจุดเริ่มต้น) และความหนาแน่นประจุบนตัวนำเริ่มลดลงถือได้ว่าก่อตัวขึ้นโดยการใส่ประจุตรงข้าม ซึ่งจะตัดประจุบนตัวนำออกเมื่อสิ้นสุดครึ่งแรกของรอบเส้นสนามไฟฟ้าที่เกิดจากประจุตรงข้ามคือ 3 และเคลื่อนที่เป็นระยะทาง แล∕4 ซึ่งแสดงด้วยเส้นประในรูปที่ 6(b)
ผลลัพธ์สุดท้ายคือมีเส้นสนามไฟฟ้าขาลงสามเส้นในระยะ แล∕4 แรก และเส้นสนามไฟฟ้าขาขึ้นจำนวนเท่ากันในระยะ แล∕4 ที่สองเนื่องจากไม่มีประจุสุทธิบนเสาอากาศ เส้นสนามไฟฟ้าจึงต้องถูกบังคับให้แยกออกจากตัวนำและรวมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างวงปิดดังแสดงในรูปที่ 6(c)ในช่วงครึ่งหลังจะปฏิบัติตามกระบวนการทางกายภาพเดียวกัน แต่โปรดทราบว่าทิศทางตรงกันข้ามหลังจากนั้น กระบวนการนี้จะทำซ้ำและดำเนินต่อไปเรื่อยๆ ทำให้เกิดการกระจายของสนามไฟฟ้าคล้ายกับรูปที่ 4
รูปที่ 6
หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเสาอากาศ โปรดไปที่:
เวลาโพสต์: 20 มิ.ย.-2024
