Þegar kemur aðloftnet, spurningin sem fólk hefur mestar áhyggjur af er "Hvernig næst geislun í raun?"Hvernig dreifist rafsegulsviðið sem myndast af merkjagjafanum í gegnum flutningslínuna og inni í loftnetinu og "skilur" að lokum frá loftnetinu til að mynda lausa geimbylgju.
1. Einvíra geislun
Gerum ráð fyrir að hleðsluþéttleiki, gefinn upp sem qv (Coulomb/m3), sé jafndreifður í hringlaga vír með þversniðsflatarmál a og rúmmáli V, eins og sýnt er á mynd 1.
Mynd 1
Heildarhleðslan Q í rúmmáli V hreyfist í áttinni z á jöfnum hraða Vz (m/s).Það má sanna að straumþéttleiki Jz á þversniði vírsins er:
Jz = qv vz （1）
Ef vírinn er gerður úr ákjósanlegum leiðara er straumþéttleiki Js á yfirborði vírsins:
Js = qs vz （2）
Þar sem qs er yfirborðshleðsluþéttleiki.Ef vírinn er mjög þunnur (helst er radíus 0) má gefa upp strauminn í vírnum sem:
Iz = ql vz (3)
Þar sem ql (coulomb/meter) er hleðsla á hverja lengdareiningu.
Við höfum aðallega áhyggjur af þunnum vírum og ályktanir eiga við um ofangreind þrjú tilvik.Ef straumurinn er breytilegur í tíma er afleiðan af formúlu (3) með tilliti til tíma sem hér segir:
（4）
az er hleðsluhröðunin.Ef vírlengdin er l, má skrifa (4) sem hér segir:
（5）
Jafna (5) er grunnsambandið milli straums og hleðslu og einnig grunnsamband rafsegulgeislunar.Einfaldlega sagt, til að framleiða geislun, verður að vera tímabreytilegur straumur eða hröðun (eða hraðaminnkun) hleðslu.Við nefnum venjulega straum í tímaharmónískum forritum og hleðsla er oftast nefnd í tímabundnum forritum.Til þess að framleiða hleðsluhröðun (eða hraðaminnkun) verður vírinn að vera beygður, brotinn og ósamfelldur.Þegar hleðslan sveiflast í tímaharmónískri hreyfingu mun hún einnig framleiða reglubundna hleðsluhröðun (eða hraðaminnkun) eða tímabreytilegan straum.Því:
1) Ef hleðslan hreyfist ekki verður enginn straumur og engin geislun.
2) Ef hleðslan hreyfist á jöfnum hraða:
a.Ef vírinn er beinn og óendanlega langur er engin geislun.
b.Ef vírinn er boginn, brotinn eða ósamfelldur, eins og sýnt er á mynd 2, er geislun.
3) Ef hleðslan sveiflast með tímanum mun hleðslan geisla út jafnvel þótt vírinn sé beinn.
Mynd 2
Eigindlegan skilning á geislunarkerfinu er hægt að fá með því að skoða púlsgjafa sem er tengdur við opinn vír sem hægt er að jarðtengja í gegnum álag á opnum enda hans, eins og sýnt er á mynd 2(d).Þegar vírinn er upphaflega virkjaður eru hleðslur (frjálsar rafeindir) í vírnum settar af stað með rafsviðslínum sem myndast af uppsprettunni.Þar sem hleðslunum er hraðað við upphafsenda vírsins og hægar á þeim (neikvæð hröðun miðað við upphaflega hreyfingu) þegar þær endurkastast við enda hans, myndast geislasvið í endum hans og meðfram restinni af vírnum.Hröðun hleðslnanna er framkvæmd með ytri kraftgjafa sem setur hleðslurnar af stað og framleiðir tilheyrandi geislasvið.Hröðun hleðslna við enda vírsins er náð með innri krafti sem tengist framkallaða sviðinu, sem stafar af uppsöfnun þéttra hleðslna við enda vírsins.Innri kraftarnir fá orku frá hleðslusöfnuninni þegar hraði hennar minnkar í núll við enda vírsins.Þess vegna eru hröðun hleðslnanna vegna rafsviðsörvunar og hraðaminnkun hleðslnanna vegna ósamfellu eða sléttrar ferilviðnáms vírsins leiðin til að mynda rafsegulgeislun.Þó að bæði straumþéttleiki (Jc) og hleðsluþéttleiki (qv) séu upprunahugtök í jöfnum Maxwells, er hleðsla talin vera grundvallarstærð, sérstaklega fyrir skammvinn svið.Þó að þessi útskýring á geislun sé aðallega notuð fyrir skammvinn ástand, þá er einnig hægt að nota hana til að útskýra stöðuga geislun.
Mæli með nokkrum framúrskarandiloftnet vörurframleidd afRFMISO:
RM-TCR406,4
RM-BCA082-4 (0,8-2GHz)
RM-SWA910-22(9-10GHz)
2. Tveggja víra geislun
Tengdu spennugjafa við tveggja leiðara flutningslínu sem tengd er við loftnet, eins og sýnt er á mynd 3(a).Með því að setja spennu á tveggja víra línuna myndast rafsvið á milli leiðaranna.Rafsviðslínurnar virka á frjálsu rafeindirnar (auðveldlega aðskildar frá atómum) tengdar hverjum leiðara og neyða þær til að hreyfast.Hreyfing hleðslna myndar straum sem aftur myndar segulsvið.
Mynd 3
Við höfum viðurkennt að rafsviðslínur byrja á jákvæðum hleðslum og enda á neikvæðum hleðslum.Auðvitað geta þeir líka byrjað á jákvæðum hleðslum og endað í óendanleika;eða byrja á óendanleika og enda með neikvæðum hleðslum;eða mynda lokaðar lykkjur sem hvorki byrja né endar með neinum hleðslum.Segulsviðslínur mynda alltaf lokaðar lykkjur utan um straumleiðara vegna þess að það eru engar segulhleðslur í eðlisfræði.Í sumum stærðfræðilegum formúlum eru jafngildar segulhleðslur og segulstraumar kynntar til að sýna tvívirkni milli lausna sem fela í sér kraft og segulmagnaðir uppsprettur.
Rafsviðslínurnar sem dregnar eru á milli tveggja leiðara hjálpa til við að sýna hleðsludreifingu.Ef við gerum ráð fyrir að spennugjafinn sé sinuslaga, gerum við ráð fyrir að rafsviðið milli leiðaranna sé líka sinuslaga með tímabili sem er jafnt og uppspretta.Hlutfallsleg stærð rafsviðsstyrks er táknuð með þéttleika rafsviðslínanna og örvarnar gefa til kynna hlutfallslega stefnu (jákvæð eða neikvæð).Myndun tímabreytilegra raf- og segulsviða milli leiðaranna myndar rafsegulbylgju sem breiðist út eftir flutningslínunni, eins og sýnt er á mynd 3(a).Rafsegulbylgjan fer inn í loftnetið með hleðslunni og samsvarandi straumi.Ef við fjarlægjum hluta loftnetsbyggingarinnar, eins og sýnt er á mynd 3(b), getur laust rýmisbylgja myndast með því að „tengja“ opna enda rafsviðslínanna (sýnt með punktalínunum).Frírýmisbylgjan er líka reglubundin, en fastfasapunkturinn P0 hreyfist út á við á ljóshraða og fer vegalengd sem nemur λ/2 (til P1) á hálfum tíma.Nálægt loftnetinu hreyfist fastfasapunkturinn P0 hraðar en ljóshraðinn og nálgast ljóshraðann á stöðum langt frá loftnetinu.Mynd 4 sýnir rafsviðsdreifingu í lausu rými λ∕2 loftnetsins við t = 0, t/8, t/4 og 3T/8.
Mynd 4 Rafsviðsdreifing frírýmis λ∕2 loftnetsins við t = 0, t/8, t/4 og 3T/8
Ekki er vitað hvernig stýrðar bylgjur eru aðskildar frá loftnetinu og myndast að lokum til að dreifast í lausu rými.Við getum borið saman stýrðar og lausar geimbylgjur við vatnsbylgjur, sem geta stafað af steini sem fallið er í rólegu vatni eða á annan hátt.Þegar truflunin í vatninu hefst myndast vatnsbylgjur og byrja þær að dreifast út á við.Jafnvel þótt truflunin hætti, stöðvast öldurnar ekki heldur halda áfram að breikka sig áfram.Ef truflunin er viðvarandi myndast stöðugt nýjar bylgjur og útbreiðsla þessara bylgna er á eftir hinum öldunum.
Sama á við um rafsegulbylgjur sem myndast við raftruflanir.Ef upphafsrafmagnsröskunin frá upptökum er skammvinn, dreifast rafsegulbylgjurnar sem myndast inni í flutningslínunni, fara síðan inn í loftnetið og geisla að lokum sem lausar geimbylgjur, jafnvel þó að örvunin sé ekki lengur til staðar (alveg eins og vatnsbylgjurnar) og truflunina sem þeir sköpuðu).Ef raftruflun er samfelld eru rafsegulbylgjur stöðugt til staðar og fylgja þeim fast á eftir við útbreiðslu eins og sýnt er á tvíkeiluloftnetinu sem sýnt er á mynd 5. Þegar rafsegulbylgjur eru inni í flutningslínum og loftnetum tengist tilvist þeirra tilvist rafmagns hleðslu inni í leiðaranum.Þegar öldurnar eru geislar mynda þær hins vegar lokaða lykkju og ekkert gjald er til að viðhalda tilveru þeirra.Þetta leiðir okkur að þeirri niðurstöðu að:
Örvun vallarins krefst hröðunar og hraðaminnslu á hleðslunni, en viðhald vallarins krefst ekki hröðunar og hröðunar hleðslunnar.
Mynd 5
3. Tvípóla geislun
Við reynum að útskýra hvernig rafsviðslínurnar losna frá loftnetinu og mynda laust rýmisbylgjur og taka tvípólsloftnetið sem dæmi.Þó að það sé einfölduð skýring, gerir það fólki einnig kleift að sjá innsæi kynslóð lausra geimbylgna.Mynd 6(a) sýnir rafsviðslínurnar sem myndast á milli tveggja arma tvípólsins þegar rafsviðslínurnar færast út um λ∕4 á fyrsta fjórðungi lotunnar.Í þessu dæmi skulum við gera ráð fyrir að fjöldi rafsviðslína sem myndast sé 3. Í næsta fjórðungi hringrásarinnar færa upprunalegu rafsviðslínurnar þrjár aðrar λ∕4 (samtals λ∕2 frá upphafspunktinum), og hleðsluþéttleiki á leiðaranum fer að minnka.Það má telja að það hafi myndast við innleiðingu andstæðra hleðslna, sem hætta við hleðslur á leiðaranum í lok fyrri hluta lotunnar.Rafsviðslínurnar sem myndast af gagnstæðum hleðslum eru 3 og færast um λ∕4, sem er táknað með punktalínunum á mynd 6(b).
Lokaniðurstaðan er sú að það eru þrjár rafsviðslínur niður á við í fyrstu λ∕4 fjarlægðinni og sami fjöldi rafsviðslína upp á við í annarri λ∕4 fjarlægðinni.Þar sem engin nettóhleðsla er á loftnetinu verður að þvinga rafsviðslínurnar til að aðskiljast frá leiðaranum og sameinast til að mynda lokaða lykkju.Þetta er sýnt á mynd 6(c).Í seinni hálfleik er sama líkamlega ferli fylgt en athugið að stefnan er þveröfug.Eftir það er ferlið endurtekið og heldur áfram endalaust og myndar rafsviðsdreifingu svipað og á mynd 4.
Mynd 6
Til að læra meira um loftnet skaltu fara á:
Birtingartími: 20-jún-2024
