Konuya gelinceantenlerİnsanların en çok merak ettiği soru "Radyasyon aslında nasıl elde ediliyor?" Sinyal kaynağının ürettiği elektromanyetik alan iletim hattı boyunca ve antenin içinde nasıl yayılıyor ve son olarak antenden "ayrılarak" serbest uzay dalgası nasıl oluşuyor.
1. Tek telli radyasyon
Şekil 1’de görüldüğü gibi, kesit alanı a ve hacmi V olan dairesel bir telde, yük yoğunluğunun qv (Coulomb/m3) olarak ifade edildiğini ve yük yoğunluğunun düzgün dağıldığını varsayalım.
Şekil 1
Hacim V'deki toplam yük Q, z yönünde düzgün bir hız Vz (m/s) ile hareket eder. Telin kesitindeki akım yoğunluğunun Jz olduğu kanıtlanabilir:
Jz = qv vz （1）
Eğer tel ideal bir iletkenden yapılmışsa, tel yüzeyindeki akım yoğunluğu Js:
Js = qs vz （2）
Burada qs yüzey yük yoğunluğudur. Tel çok ince ise (ideal olarak yarıçap 0'dır), teldeki akım şu şekilde ifade edilebilir:
İz = ql vz (3)
Burada ql (coulomb/metre) birim uzunluk başına düşen yüktür.
Biz esas olarak ince tellerle ilgileniyoruz ve sonuçlar yukarıdaki üç durum için geçerlidir. Akım zamanla değişiyorsa, formül (3)'ün zamana göre türevi aşağıdaki gibidir:
(4)
az yük ivmesidir. Tel uzunluğu l ise, (4) aşağıdaki gibi yazılabilir:
(5)
Denklem (5), akım ve yük arasındaki temel ilişkidir ve ayrıca elektromanyetik radyasyonun temel ilişkisidir. Basitçe söylemek gerekirse, radyasyon üretmek için, zamanla değişen bir akım veya yükün ivmelenmesi (veya yavaşlaması) olmalıdır. Genellikle akımdan zaman-harmonik uygulamalarda bahsederiz ve yükten en sık geçici uygulamalarda bahsedilir. Yük ivmelenmesi (veya yavaşlaması) üretmek için, tel bükülmeli, katlanmalı ve süreksiz olmalıdır. Yük, zaman-harmonik hareketle salındığında, periyodik yük ivmelenmesi (veya yavaşlaması) veya zamanla değişen akım da üretecektir. Bu nedenle:
1) Yük hareket etmezse akım ve radyasyon olmaz.
2) Yük sabit bir hızla hareket ediyorsa:
a. Eğer tel düz ve sonsuz uzunlukta ise radyasyon yoktur.
b. Eğer tel bükülmüş, katlanmış veya kesikli ise, Şekil 2'de gösterildiği gibi, radyasyon vardır.
3) Eğer yük zamanla salınım yaparsa, tel düz olsa bile yük radyasyon yayacaktır.
Şekil 2
Şekil 2(d)'de gösterildiği gibi, açık ucundaki bir yük aracılığıyla topraklanabilen açık bir tele bağlı darbeli bir kaynağa bakarak radyasyon mekanizmasının nitel bir anlayışı elde edilebilir. Tel başlangıçta enerjilendirildiğinde, teldeki yükler (serbest elektronlar) kaynak tarafından üretilen elektrik alan çizgileri tarafından harekete geçirilir. Yükler telin kaynak ucunda ivmelendirilip ucundan yansıtıldığında yavaşlatıldıkça (orijinal harekete göre negatif ivme), uçlarında ve telin geri kalanında bir radyasyon alanı üretilir. Yüklerin ivmelenmesi, yükleri harekete geçiren ve ilişkili radyasyon alanını üreten harici bir kuvvet kaynağı tarafından gerçekleştirilir. Telin uçlarındaki yüklerin yavaşlaması, telin uçlarında yoğunlaşmış yüklerin birikmesiyle oluşan indüklenen alanla ilişkili iç kuvvetler tarafından gerçekleştirilir. İç kuvvetler, telin uçlarında hızı sıfıra düştükçe yük birikiminden enerji kazanır. Bu nedenle, elektrik alanı uyarımı nedeniyle yüklerin ivmelenmesi ve tel empedansının süreksizliği veya düzgün eğrisi nedeniyle yüklerin yavaşlaması elektromanyetik radyasyonun üretim mekanizmalarıdır. Hem akım yoğunluğu (Jc) hem de yük yoğunluğu (qv) Maxwell denklemlerinde kaynak terimleri olmasına rağmen, yük özellikle geçici alanlar için daha temel bir nicelik olarak kabul edilir. Radyasyonun bu açıklaması esas olarak geçici durumlar için kullanılsa da, sabit durum radyasyonunu açıklamak için de kullanılabilir.
Birkaç mükemmel önerianten ürünleritarafından üretildiRFMISO:
RM-TCR406.4
RM-BCA082-4（0,8-2GHz)
RM-SWA910-22(9-10GHz)
2. İki telli radyasyon
Şekil 3(a)'da gösterildiği gibi, bir antene bağlı iki iletkenli bir iletim hattına bir voltaj kaynağı bağlayın. İki telli hatta voltaj uygulanması, iletkenler arasında bir elektrik alanı oluşturur. Elektrik alan çizgileri, her bir iletkene bağlı serbest elektronlar (atomlardan kolayca ayrılır) üzerinde etki eder ve onları hareket etmeye zorlar. Yüklerin hareketi, bir manyetik alan oluşturan akımı oluşturur.
Şekil 3
Elektrik alan çizgilerinin pozitif yüklerle başlayıp negatif yüklerle bittiğini kabul ettik. Elbette, pozitif yüklerle başlayıp sonsuzda bitebilirler; veya sonsuzda başlayıp negatif yüklerle bitebilirler; veya ne herhangi bir yük ile başlayan ne de biten kapalı döngüler oluşturabilirler. Manyetik alan çizgileri, fizikte manyetik yük olmadığı için akım taşıyan iletkenlerin etrafında her zaman kapalı döngüler oluştururlar. Bazı matematiksel formüllerde, güç ve manyetik kaynakları içeren çözümler arasındaki ikiliği göstermek için eşdeğer manyetik yükler ve manyetik akımlar tanıtılır.
İki iletken arasına çizilen elektrik alan çizgileri yük dağılımını göstermeye yardımcı olur. Gerilim kaynağının sinüzoidal olduğunu varsayarsak, iletkenler arasındaki elektrik alanının da kaynağın periyoduna eşit bir periyotla sinüzoidal olmasını bekleriz. Elektrik alan şiddetinin göreli büyüklüğü, elektrik alan çizgilerinin yoğunluğu ile gösterilir ve oklar göreli yönü (pozitif veya negatif) gösterir. İletkenler arasında zamanla değişen elektrik ve manyetik alanların üretilmesi, Şekil 3(a)'da gösterildiği gibi iletim hattı boyunca yayılan bir elektromanyetik dalga oluşturur. Elektromanyetik dalga, yük ve karşılık gelen akımla antene girer. Şekil 3(b)'de gösterildiği gibi anten yapısının bir kısmını çıkarırsak, elektrik alan çizgilerinin açık uçlarını "birleştirerek" (noktalı çizgilerle gösterilmiştir) serbest uzay dalgası oluşturulabilir. Serbest uzay dalgası da periyodiktir, ancak sabit faz noktası P0 ışık hızında dışarı doğru hareket eder ve yarım zaman periyodunda λ/2 (P1'e) kadar bir mesafe 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'deki serbest uzay elektrik alan dağılımını gösterir.
Şekil 4 t = 0, t/8, t/4 ve 3T/8'de λ∕2 anteninin serbest uzay elektrik alan dağılımı
Yönlendirilmiş dalgaların antenden nasıl ayrıldığı ve sonunda serbest uzayda yayılmak üzere nasıl oluştuğu bilinmemektedir. Yönlendirilmiş ve serbest uzay dalgalarını, durgun bir su kütlesine atılan bir taşla veya başka şekillerde oluşabilen su dalgalarına benzetebiliriz. Sudaki bozulma başladığında, su dalgaları üretilir ve dışarı doğru yayılmaya başlar. Bozulma dursa bile, dalgalar durmaz ve ileriye doğru yayılmaya devam eder. Bozulma devam ederse, sürekli olarak yeni dalgalar üretilir ve bu dalgaların yayılması diğer dalgaların gerisinde kalır.
Aynısı elektriksel bozulmalar tarafından üretilen elektromanyetik dalgalar için de geçerlidir. Kaynaktan gelen ilk elektriksel bozulma kısa süreliyse, üretilen elektromanyetik dalgalar iletim hattının içinde yayılır, sonra antene girer ve sonunda uyarılma artık mevcut olmasa bile (tıpkı su dalgaları ve yarattıkları bozulma gibi) serbest uzay dalgaları olarak yayılır. Elektriksel bozulma sürekliyse, elektromanyetik dalgalar sürekli olarak var olur ve yayılma sırasında Şekil 5'te gösterilen bikonik antende gösterildiği gibi onları yakından takip eder. Elektromanyetik dalgalar iletim hatları ve antenlerin içinde olduğunda, varlıkları iletkenin içindeki elektrik yükünün varlığıyla ilişkilidir. Ancak, dalgalar yayıldığında, kapalı bir halka oluştururlar ve varlıklarını sürdürmek için hiçbir yük yoktur. Bu bizi şu sonuca götürür:
Alanın uyarılması yükün hızlanmasını ve yavaşlamasını gerektirir, ancak alanın sürdürülmesi yükün hızlanmasını ve yavaşlamasını gerektirmez.
Şekil 5
3. Dipol Radyasyon
Elektrik alan çizgilerinin antenden koparak 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 sağlar. Şekil 6(a), çevrimin 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. Çevrimin bir sonraki çeyreğinde, başlangıçtaki üç elektrik alan çizgisi λ∕4 daha hareket eder (başlangıç noktasından itibaren toplam λ∕2) ve iletken üzerindeki yük yoğunluğu azalmaya başlar. Çevrimin ilk yarısının sonunda iletken üzerindeki yükleri iptal eden zıt yüklerin girmesiyle oluştuğu düşünülebilir. Karşıt yüklerin oluşturduğu elektrik alan çizgileri 3'tür ve Şekil 6(b)'de noktalı çizgilerle gösterilen λ∕4 mesafesi kadar hareket eder.
Sonuç olarak, ilk λ∕4 mesafesinde üç aşağı doğru elektrik alan çizgisi ve ikinci λ∕4 mesafesinde aynı sayıda yukarı doğru elektrik alan çizgisi vardır. Antende net yük olmadığından, elektrik alan çizgileri iletkenden ayrılmaya zorlanmalı ve kapalı bir halka oluşturmak için bir araya gelmelidir. Bu, Şekil 6(c)'de gösterilmiştir. İkinci yarıda, aynı fiziksel süreç izlenir, ancak yönün zıt olduğuna dikkat edin. Bundan sonra, süreç tekrarlanır ve sonsuza kadar devam eder ve Şekil 4'e benzer bir elektrik alan dağılımı oluşturur.
Şekil 6
Antenler hakkında daha fazla bilgi edinmek için lütfen şu adresi ziyaret edin:
Gönderi zamanı: 20-Haz-2024
