Konuya gelinceantenlerİnsanların en çok merak ettiği soru "Radyasyon aslında nasıl elde ediliyor?" Sinyal kaynağının oluşturduğu 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
V hacmindeki toplam Q yükü, z yönünde sabit bir Vz (m/s) hızıyla 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 inceyse (ideal olarak yarıçapı 0'dır), teldeki akım şu şekilde ifade edilebilir:
İz = ql vz (3)
Burada ql (coulomb/metre) birim uzunluk başına düşen yüktür.
Esas olarak ince tellerle ilgileniyoruz ve sonuçlar yukarıdaki üç durum için de 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 ilişkiyi ve aynı zamanda elektromanyetik radyasyonun temel ilişkisini gösterir. Basitçe ifade etmek gerekirse, radyasyon üretmek için zamanla değişen bir akım veya yükün ivmelenmesi (veya yavaşlaması) gerekir. Akımdan genellikle zaman-harmonik uygulamalarda, yükten ise çoğunlukla geçici uygulamalarda bahsedilir. Yükün ivmelenmesi (veya yavaşlaması) için telin bükülmesi, katlanması ve süreksiz olması gerekir. Yük, zaman-harmonik hareketle salındığında, periyodik yük ivmelenmesi (veya yavaşlaması) veya zamanla değişen akım da üretecektir. Dolayısıyla:
1) Yük hareket etmezse akım ve radyasyon olmaz.
2) Yük sabit bir hızla hareket ediyorsa:
a. Tel düz ve sonsuz uzunlukta ise radyasyon yoktur.
b. Tel, Şekil 2'de gösterildiği gibi bükülmüş, katlanmış veya kesikli ise radyasyon vardır.
3) Eğer yük zamanla salınım yaparsa, tel düz olsa bile yük yayılacaktır.
Şekil 2
Şekil 2(d)'de gösterildiği gibi, açık ucundan bir yük ile topraklanabilen açık bir tele bağlı darbeli bir kaynağa bakılarak radyasyon mekanizmasının nitel bir anlayışı elde edilebilir. Tel başlangıçta enerjilendirildiğinde, teldeki yükler (serbest elektronlar) kaynak tarafından üretilen elektrik alan çizgileri tarafından hareket ettirilir. Yükler telin kaynak ucunda ivmelenirken, ucundan yansıdığında yavaşladıkça (ilk harekete göre negatif ivme), telin uçlarında ve telin geri kalanında bir radyasyon alanı üretilir. Yüklerin ivmelenmesi, yükleri harekete geçiren ve ilişkili radyasyon alanını üreten harici bir kuvvet kaynağı tarafından sağlanır. Telin uçlarındaki yüklerin yavaşlaması, telin uçlarında yoğunlaşmış yüklerin birikmesinden kaynaklanan indüklenen alanla ilişkili iç kuvvetler tarafından sağlanır. İç kuvvetler, telin uçlarında hızı sıfıra düştükçe yük birikiminden enerji kazanır. Dolayısıyla, elektrik alan uyarımı nedeniyle yüklerin ivmelenmesi 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 olsa da, yük, özellikle geçici alanlar için daha temel bir nicelik olarak kabul edilir. Radyasyonun bu açıklaması esas olarak geçici durumlar için kullanılsa da, kararlı 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 gerilim kaynağı bağlayın. İki telli hatta gerilim uygulanması, iletkenler arasında bir elektrik alanı oluşturur. Elektrik alan çizgileri, her bir iletkene bağlı serbest elektronlar (atomlardan kolayca ayrılabilir) üzerinde etki ederek onları hareket etmeye zorlar. Yüklerin hareketi akım oluşturur ve bu da bir manyetik alan 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; ya da ne yük ile başlayıp ne de yük ile biten kapalı döngüler oluşturabilirler. Manyetik alan çizgileri, akım taşıyan iletkenlerin etrafında her zaman kapalı döngüler oluşturur çünkü fizikte manyetik yük yoktur. Bazı matematiksel formüllerde, güç ve manyetik kaynakları içeren çözümler arasındaki ikiliği göstermek için eşdeğer manyetik yükler ve manyetik akımlar kullanılır.
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 oluşumu, 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" (kesikli çizgilerle gösterilmiştir) bir serbest uzay dalgası oluşturulabilir. Serbest uzay dalgası da periyodiktir, ancak sabit faz noktası P0 ışık hızında dışarı doğru hareket eder ve yarım sürede λ/2 (P1'e) kadar bir mesafe kat eder. Antene yakın bir noktada, 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 göstermektedir.
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 nihayetinde serbest uzayda yayılmak üzere nasıl oluştuğu bilinmemektedir. Yönlendirilmiş ve serbest uzay dalgalarını, durgun bir su kütlesine atılan bir taş veya başka yollarla oluşabilen su dalgalarına benzetebiliriz. Sudaki dalgalanma başladığında, su dalgaları oluşur ve dışarı doğru yayılmaya başlar. Dalgalanma dursa bile, dalgalar durmaz, ileriye doğru yayılmaya devam eder. Dalgalanma devam ederse, sürekli olarak yeni dalgalar üretilir ve bu dalgaların yayılması diğer dalgaların gerisinde kalır.
Aynı durum, elektriksel bozulmalar sonucu oluşan elektromanyetik dalgalar için de geçerlidir. Kaynaktan gelen ilk elektriksel bozulma kısa süreliyse, üretilen elektromanyetik dalgalar iletim hattının içinde yayılır, ardından antene girer ve sonunda uyarılma 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'teki bikonik antende gösterildiği gibi, yayılma sırasında onları yakından takip eder. Elektromanyetik dalgalar iletim hatları ve antenlerin içinde olduğunda, varlıkları iletken içindeki elektrik yüküne bağlıdır. Ancak, dalgalar yayıldıklarında kapalı bir döngü oluştururlar ve varlıklarını sürdürecek bir 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 dalgalarını 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 çizgisi 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. Bunun, 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 bulunmaktadır. Antende net yük olmadığından, elektrik alan çizgilerinin iletkenden ayrılmaya zorlanması ve kapalı bir halka oluşturmak üzere bir araya gelmesi 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 kadar 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:
Gönderi zamanı: 20 Haziran 2024
