Konu şuna gelince...antenlerİnsanların en çok merak ettiği soru şu: "Radyasyon aslında nasıl elde ediliyor?" Sinyal kaynağından üretilen elektromanyetik alan, iletim hattı boyunca ve antenin içinde nasıl yayılıyor ve sonunda antenden "ayrılarak" serbest uzay dalgası oluşturuyor?
1. Tek telli radyasyon
Şekil 1'de gösterildiği gibi, kesit alanı a ve hacmi V olan dairesel bir telde, qv (Coulomb/m³) olarak ifade edilen yük yoğunluğunun düzgün bir şekilde dağıldığını varsayalım.
Şekil 1
Hacmi V olan toplam Q yükü, z yönünde sabit bir Vz (m/s) hızıyla hareket etmektedir. Telin kesitindeki akım yoğunluğu Jz'nin şu şekilde olduğu kanıtlanabilir:
Jz = qv vz （1）
Tel ideal bir iletkenden yapılmışsa, tel yüzeyindeki akım yoğunluğu Js şöyledir:
Js = qs vz （2）
Burada qs yüzey yük yoğunluğunu ifade eder. Tel çok inceyse (ideal olarak yarıçapı 0'dır), teldeki akım şu şekilde ifade edilebilir:
Iz = ql vz (3)
Burada ql (coulomb/metre), birim uzunluk başına düşen yüktür.
Biz esas olarak ince tellerle ilgileniyoruz ve sonuçlar yukarıdaki üç durum için de geçerlidir. Akım zamana bağlı olarak değişiyorsa, formül (3)'ün zamana göre türevi şu şekildedir:
(4)
az, yük ivmesidir. Tel uzunluğu l ise, (4) aşağıdaki gibi yazılabilir:
(5)
Denklem (5), akım ve yük arasındaki temel ilişkiyi ve aynı zamanda elektromanyetik radyasyonun temel ilişkisini ifade eder. Basitçe söylemek gerekirse, radyasyon üretmek için zamana bağlı bir akım veya yükün ivmelenmesi (veya yavaşlaması) olmalıdır. Akımdan genellikle zamana bağlı harmonik uygulamalarda, yükten ise çoğunlukla geçici uygulamalarda bahsedilir. Yük ivmelenmesi (veya yavaşlaması) üretmek için telin bükülmesi, katlanması ve süreksiz olması gerekir. Yük zamana bağlı harmonik hareketle salındığında, periyodik yük ivmelenmesi (veya yavaşlaması) veya zamana bağlı akım da üretecektir. Bu nedenle:
1) Eğer yük hareket etmezse, akım ve radyasyon da olmaz.
2) Eğer yük sabit bir hızla hareket ediyorsa:
a. Tel düz ve sonsuz uzunlukta ise, radyasyon oluşmaz.
b. Şekil 2'de gösterildiği gibi tel bükülmüş, katlanmış veya süreksiz ise radyasyon oluşur.
3) Eğer yük zamanla salınım yapıyorsa, tel düz olsa bile yük radyasyon yayacaktır.
Şekil 2
Radyasyon mekanizmasının niteliksel bir anlayışı, Şekil 2(d)'de gösterildiği gibi, açık ucunda bir yük aracılığıyla topraklanabilen açık bir tele bağlı darbeli bir kaynağa bakılarak elde edilebilir. Tel başlangıçta enerjilendirildiğinde, teldeki yükler (serbest elektronlar) kaynak tarafından üretilen elektrik alan çizgileri tarafından harekete geçirilir. Yükler telin kaynak ucunda hızlandırılırken ve ucunda yansıtıldığında yavaşlatılırken (orijinal harekete göre negatif ivme), uçlarında ve telin geri kalanında bir radyasyon alanı üretilir. Yüklerin hızlandırılması, yükleri harekete geçiren ve ilgili radyasyon alanını üreten harici bir kuvvet kaynağı tarafından gerçekleştirilir. Telin uçlarındaki yüklerin yavaşlatılması, telin uçlarında yoğunlaşmış yüklerin birikmesinden kaynaklanan indüklenen alanla ilişkili iç kuvvetler tarafından gerçekleştirilir. İç kuvvetler, telin uçlarında hızı sıfıra düşerken yük birikiminden enerji kazanır. Bu nedenle, elektrik alan uyarımı nedeniyle yüklerin hızlanması ve tel empedansının süreksizliği veya düzgün eğrisi nedeniyle yüklerin yavaşlaması, elektromanyetik radyasyonun oluşum mekanizmalarıdır. Hem akım yoğunluğu (Jc) hem de yük yoğunluğu (qv) Maxwell denklemlerinde kaynak terimleri olmasına rağmen, özellikle geçici alanlar için yük daha temel bir nicelik olarak kabul edilir. Radyasyonun bu açıklaması esas olarak geçici durumlar için kullanılsa da, kararlı hal radyasyonunu açıklamak için de kullanılabilir.
Birkaç mükemmel öneride bulunun.anten ürünleritarafından üretilmiştirRFMISO:
RM-TCR406.4
RM-BCA082-4 (0,8-2 GHz)
RM-SWA910-22(9-10GHz)
2. İki telli radyasyon
Şekil 3(a)'da gösterildiği gibi, bir antene bağlı iki iletkenli bir iletim hattına bir gerilim kaynağı bağlayın. İki telli hatta gerilim uygulamak, iletkenler arasında bir elektrik alanı oluşturur. Elektrik alan çizgileri, her bir iletkene bağlı serbest elektronlara (atomlardan kolayca ayrılan) etki eder ve onları hareket etmeye zorlar. Yüklerin hareketi akım oluşturur ve bu da manyetik alan oluşturur.
Şekil 3
Elektrik alan çizgilerinin pozitif yüklerle başlayıp negatif yüklerle bittiğini kabul ettik. Elbette, pozitif yüklerle başlayıp sonsuza doğru da bitebilirler; veya sonsuza doğru başlayıp negatif yüklerle bitebilirler; veya hiçbir yükle başlamayan veya bitmeyen kapalı döngüler oluşturabilirler. Manyetik alan çizgileri, fizikte manyetik yük olmadığı için, akım taşıyan iletkenlerin etrafında her zaman kapalı döngüler oluşturur. Bazı matematiksel formüllerde, güç ve manyetik kaynakları içeren çözümler arasındaki ikiliği göstermek için eşdeğer manyetik yükler ve manyetik akımlar kullanılır.
İki iletken arasında çizilen elektrik alan çizgileri, yük dağılımını göstermeye yardımcı olur. Gerilim kaynağının sinüzoidal olduğunu varsayarsak, iletkenler arasındaki elektrik alanın da kaynağın periyoduna eşit bir periyoda sahip sinüzoidal olmasını bekleriz. Elektrik alan şiddetinin göreceli büyüklüğü, elektrik alan çizgilerinin yoğunluğu ile temsil edilir ve oklar göreceli yönü (pozitif veya negatif) gösterir. İletkenler arasında zamanla değişen elektrik ve manyetik alanların oluşumu, Şekil 3(a)'da gösterildiği gibi, iletim hattı boyunca yayılan bir elektromanyetik dalga oluşturur. Elektromanyetik dalga, yük ve karşılık gelen akımla birlikte antene girer. Şekil 3(b)'de gösterildiği gibi, anten yapısının bir kısmını çıkarırsak, elektrik alan çizgilerinin açık uçlarını (noktalı çizgilerle gösterilen) "bağlayarak" bir serbest uzay dalgası oluşturulabilir. Serbest uzay dalgası da periyodiktir, ancak sabit faz noktası P0, ışık hızında dışarı doğru hareket eder ve yarım periyotta λ/2 mesafesini (P1'e) kat eder. Antenin yakınında, sabit faz noktası P0 ışık hızından daha hızlı hareket eder ve antenden uzak noktalarda ışık hızına yaklaşır. Şekil 4, λ/2 anteninin t = 0, t/8, t/4 ve 3T/8 zamanlarındaki serbest uzay elektrik alan dağılımını göstermektedir.
Şekil 4. λ/2 anteninin t = 0, t/8, t/4 ve 3T/8 zamanlarındaki serbest uzay elektrik alan dağılımı.
Yönlendirilmiş dalgaların antenden nasıl ayrıldığı ve sonunda serbest uzayda yayılmak üzere nasıl oluşturulduğu bilinmemektedir. Yönlendirilmiş ve serbest uzay dalgalarını, sakin bir su kütlesine atılan bir taşın veya başka şekillerde oluşabilen su dalgalarına benzetebiliriz. Suda bir bozulma başladığında, su dalgaları oluşur ve dışarı doğru yayılmaya başlar. Bozulma dursa bile, dalgalar durmaz, ileriye doğru yayılmaya devam eder. Bozulma devam ederse, sürekli olarak yeni dalgalar oluşur ve bu dalgaların yayılması diğer dalgaların gerisinde kalır.
Elektriksel bozulmalar tarafından üretilen elektromanyetik dalgalar için de aynı durum geçerlidir. Kaynaktan gelen ilk elektriksel bozulma kısa süreli ise, üretilen elektromanyetik dalgalar iletim hattı içinde yayılır, ardından antene girer ve son olarak uyarım artık mevcut olmasa bile serbest uzay dalgaları olarak yayılır (tıpkı su dalgaları ve yarattıkları bozulma gibi). Elektriksel bozulma sürekli ise, elektromanyetik dalgalar sürekli olarak var olur ve Şekil 5'te gösterilen çift konik antende olduğu gibi yayılma sırasında yakından takip ederler. Elektromanyetik dalgalar iletim hatları ve antenlerin içindeyken, varlıkları iletkenin içindeki elektrik yükünün varlığıyla ilişkilidir. Bununla birlikte, dalgalar yayıldığında, kapalı bir döngü oluştururlar ve varlıklarını sürdürecek bir yük yoktur. Bu da bizi şu sonuca götürür:
Alanın uyarılması, yükün hızlanmasını ve yavaşlamasını gerektirir; ancak alanın korunması, yükün hızlanmasını ve yavaşlamasını gerektirmez.
Şekil 5
3. Dipol Radyasyonu
Elektrik alan çizgilerinin antenden ayrılıp serbest uzay dalgaları oluşturma mekanizmasını açıklamaya çalışıyoruz ve örnek olarak dipol anteni ele alıyoruz. Basitleştirilmiş bir açıklama olmasına rağmen, insanların serbest uzay dalgalarının oluşumunu sezgisel olarak görmelerini de sağlıyor. Şekil 6(a), döngünün ilk çeyreğinde elektrik alan çizgileri λ/4 kadar dışarı doğru hareket ettiğinde dipolün iki kolu arasında oluşan elektrik alan çizgilerini göstermektedir. Bu örnek için, oluşan elektrik alan çizgilerinin sayısının 3 olduğunu varsayalım. Döngünün bir sonraki çeyreğinde, orijinal üç elektrik alan çizgisi λ/4 kadar daha hareket eder (başlangıç noktasından toplam λ/2 kadar) ve iletken üzerindeki yük yoğunluğu azalmaya başlar. Bu durum, döngünün ilk yarısının sonunda iletken üzerindeki yükleri nötrleyen zıt yüklerin eklenmesiyle oluştuğu düşünülebilir. Zıt yükler tarafından oluşturulan elektrik alan çizgileri 3'tür ve λ/4 mesafesi kadar hareket ederler; bu, Şekil 6(b)'deki noktalı çizgilerle gösterilmiştir.
Sonuç olarak, ilk λ/4 mesafede üç aşağı yönlü elektrik alan çizgisi ve ikinci λ/4 mesafede aynı sayıda yukarı yönlü elektrik alan çizgisi bulunur. Anten üzerinde net yük olmadığından, elektrik alan çizgilerinin iletkenden ayrılmaya ve kapalı bir döngü oluşturmak üzere birleşmeye zorlanması gerekir. Bu, Şekil 6(c)'de gösterilmiştir. İkinci yarıda, aynı fiziksel süreç izlenir, ancak yönün ters olduğuna dikkat edin. Bundan sonra, süreç tekrarlanır ve sonsuza dek devam ederek Şekil 4'e benzer bir elektrik alan dağılımı oluşturur.
Şekil 6
Antenler hakkında daha fazla bilgi edinmek için lütfen şu adresi ziyaret edin:
Yayın tarihi: 20 Haz-2024
