Làm thế nào ăng-ten tỏa ra (cách dòng điện chạy qua dây)

Tôi không hiểu làm thế nào ăng-ten phát ra tín hiệu.

Tôi hiểu ăng-ten cơ bản (bước sóng, trường điện tử E, ...), nhưng tôi đơn giản là không hiểu làm thế nào dòng điện có thể đi qua một dây không có cực âm.

Bạn có thể vui lòng giải thích điều đó cho tôi

Tôi đoán bạn không hiểu làm thế nào dòng điện có thể chảy nếu không có mạch hoàn chỉnh. Hãy lấy một lưỡng cực sóng đơn giản làm ví dụ:

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Làm thế nào có thể có bất kỳ dòng chảy nào, vì không có mạch hoàn chỉnh từ "-" đến "+" của V1?

Xem xét điều này: liên quan đến tốc độ mà sóng trong trường điện từ lan truyền, lưỡng cực dài. Đúng là dòng điện không thể chảy, nhưng nó không biết điều đó cho đến khi nó đi đến cuối dây. Khi dòng điện tiếp cận đến cuối dây nhưng không có nơi nào để đi, các điện tích chồng chất cho đến khi chúng bị đẩy lùi về hướng khác. Vào thời điểm nó quay trở lại, nó đã di chuyển hoặc trải qua sự thay đổi pha . Điện áp tại V1 cũng đã thay đổi vào thời điểm này, và do đó, dòng điện được bổ sung một cách xây dựng vào dòng điện mới được tạo ra bởi V1. Nếu không phải vì một phần năng lượng này bị mất dưới dạng phóng xạ, thì năng lượng trong ăng ten này sẽ phát triển mà không bị ràng buộc.$\lambda/2$$180^\circ$

Tại sao năng lượng tỏa ra là phức tạp. Câu trả lời dài là " Phương trình Maxwell ". Nếu bạn không muốn hiểu tất cả các chi tiết nghiệt ngã của toán học đó, thì đây là một cách hiểu đơn giản, không đầy đủ: dòng điện trong ăng ten được liên kết với từ trường và điện áp được liên kết với điện trường. Ăng-ten là một sự sắp xếp sao cho ở khoảng cách xa ăng-ten (trường xa ) hai trường này vuông góc với nhau và cùng pha, và những gì bạn nhận được là một sóng tự lan truyền như thế này:

Màu đỏ là trường điện (E) và màu xanh là trường từ (B). Đây là loại sóng sẽ được phát ra bởi một lưỡng cực thẳng hàng với trục Z.

Đây là một phiên bản đơn giản hóa giúp tôi vượt qua sự thiếu hiểu biết của chính mình.

Về cơ bản có hai loại ăng ten nhỏ: ăng ten vòng nhỏ và ăng ten lưỡng cực ngắn. Ăng-ten vòng nhỏ chỉ là một vòng dây và bất kỳ dòng điện nào trong dây đều tạo ra từ trường bao quanh ăng-ten. Thiết bị này là một cuộn cảm, nhưng một thiết bị có từ trường lấp đầy không gian lớn.

Mặt khác, ăng-ten lưỡng cực ngắn chỉ là một cặp "tụ điện" kim loại dính vào không khí, và nếu một điện áp được đặt trên chúng, sẽ có một trường điện tử trong không gian xung quanh. Thiết bị này chỉ là một tụ điện, nhưng một lần nữa, nó có một trường lấp đầy không gian lớn ở khu vực xung quanh.

Áp dụng sóng hình sin thay vì điện áp hoặc dòng không đổi và các trường xung quanh "ăng ten" sẽ mở rộng, sau đó co lại bằng 0, sau đó mở rộng lại nhưng chỉ ngược lại ... sau đó lặp lại. Không có sóng được tạo ra, vì vậy chúng thực sự không phải là ăng-ten radio. Nhưng họ đang tạo ra một số lĩnh vực EM địa phương trong không gian.

Đây là dự án video "TEAL" tại MIT với phiên bản trực quan của quy trình:

Mở rộng / ký kết hợp đồng b-lĩnh vực hoặc trường điện tử

OK cho đến nay? Anten vòng tạo ra từ trường và ăng ten lưỡng cực tạo ra điện trường. Những thứ kỳ lạ bắt đầu xảy ra khi chúng ta lái ăng-ten với tần số rất cao. Điều đó, hoặc chúng ta có thể xây dựng một phiên bản của một ăng-ten với kích thước lớn đến mức thậm chí 60Hz sẽ là một loại "tín hiệu vô tuyến" theo như ăng-ten có liên quan.

Đây là điều: từ trường hoặc điện trường xung quanh các ăng ten đó không thể mở rộng hoặc co lại nhanh hơn tốc độ ánh sáng. Vậy, điều gì xảy ra nếu các xung AC được áp dụng cho các thiết bị này "quá nhanh?" Các trường xung quanh cuộn cảm hoặc tụ điện phải bay ra ngoài và sau đó bị hút trở lại, nhưng nếu tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng thì sao? Đó là khi các lĩnh vực ngừng hoạt động như thổi phồng hoặc ký hợp đồng bóng bay vô hình. Thay vào đó, các lĩnh vực bắt đầu hành xử như sóng.

Vì vậy, khi chúng ta đảo ngược cực tính trong sóng hình sin AC, trường điện tử hoặc trường b không hoàn toàn bị hút trở lại như bình thường. Thay vào đó, nó bong ra khỏi ăng-ten và tiếp tục di chuyển. Một phần năng lượng trường không được lấy, và thay vào đó bị mất vào không gian. Ăng-ten vòng lặp của chúng tôi không còn chỉ là một cuộn cảm và nó bắt đầu tạo sóng. Và lưỡng cực của chúng tôi bây giờ là một bệ phóng sóng và không chỉ là một tụ điện.

YT vid: Các trường EM xung quanh ăng ten nhỏ

Câu hỏi tuyệt vời! Câu trả lời phức tạp. Để hiểu lý do tại sao điều này xảy ra mà không có đường dẫn trở lại ("cực âm"), bạn phải vượt ra ngoài Ohms-Law.

Tất cả các điện tích tăng tốc tỏa ra. Vì vậy, mọi thứ dẫn điện xoay chiều hoạt động như một ăng ten. Tuy nhiên, chúng thường là ăng-ten nghèo và không phát ra tốt. Kết quả là khía cạnh này thường có thể được bỏ qua đơn giản để đơn giản hóa vấn đề.

Để tạo ra một ăng-ten tốt, bạn phải truyền năng lượng (năng lượng được chứa trong điện áp và dòng điện) thành bức xạ điện từ (nơi năng lượng được chứa trong các trường E và H) đi ra khỏi ăng-ten. Điều này đòi hỏi trở kháng của ăng-ten của bạn phải được kết hợp gần đúng và dòng điện gây ra bức xạ cộng vào pha để chúng không triệt tiêu lẫn nhau như trong đường truyền. Như Jim Dearden đã đề cập, bạn có thể thiết kế điều này để có được sóng đứng hoặc hủy chúng tùy thuộc vào độ dài vật lý.

Vấn đề với câu hỏi của bạn về "không có cực âm" có liên quan đến việc sử dụng mô hình mạch đơn giản hóa mà không quan tâm đến các khía cạnh 3d và các trường điện áp và dòng điện. Dòng điện có thể chảy trong bất cứ thứ gì dẫn điện (cực hoặc không cực). Sóng EM (điện từ) bên ngoài làm điều này mọi lúc. Tuy nhiên, không có mô hình ohm-law có thể dự đoán điều này.

Để tiến lên một bước từ luật ohms đơn giản, các kỹ sư đã áp dụng mô hình "Kháng bức xạ". Điều này được sử dụng trong một thời trang tương tự như kháng ohmic tiêu chuẩn. Trong định luật ohms năng lượng tiêu tan được biến thành nhiệt. Trong mô hình kháng bức xạ, năng lượng tiêu tán được chuyển thành, tốt, bức xạ.

Kháng bức xạ chỉ là một công cụ đơn giản để giúp các kỹ sư đánh giá một phần tử mạch đã biết (thường là một số người RF đã tính toán nó cho bạn) mà không phải sử dụng phương trình Maxwell và áp dụng các điều kiện biên cho mạch vật lý để hiểu chính xác các chế độ bức xạ.

Chìa khóa thực sự để hiểu hành vi của mạch là hiểu khi nào các khía cạnh bức xạ là quan trọng để xem xét. Khi tần số hoạt động của mạch có bước sóng gần bằng kích thước của mạch, thì định luật Ohm bắt đầu bị phá vỡ nhanh chóng. Theo nguyên tắc thông thường nếu tỷ lệ giữa bước sóng và kích thước mạch lớn hơn 0,1 thì bạn cần áp dụng Phương trình Maxwell để hiểu mạch đó sẽ hoạt động như thế nào. Do đó, thuật ngữ ăng-ten "sóng tứ quý" phải là đầu mối mà bạn cần áp dụng lý thuyết EM để hiểu mạch điện làm gì.

Nếu bạn có thời gian, hãy cố gắng tiêu hóa bài viết này để hiểu về bức xạ EM . Nó được thiết kế để dạy kèm các kỹ sư về cách thức các mạch có thể hoạt động theo cách mà luật ohm không dự đoán được. Nó có rất nhiều lý thuyết EM, nhưng bạn không cần phải thực sự hiểu tất cả những gì để đánh giá cao có một sự khác biệt lớn trong phân tích mạch khi tần số hoạt động của bạn gần với kích thước vật lý của mạch.

EDIT: Tôi chỉ nghĩ về một ví dụ khác có thể giúp đỡ. Tụ điện không có đường dẫn trở lại, chúng chỉ là mạch mở, nhưng bằng cách nào đó chúng hoạt động, phải không? Điều này (và cuộn cảm chỉ là quần short) chỉ hoạt động vì tính chất bức xạ của chúng. Các kỹ sư đã tìm ra cách biến các phương trình EM thành các phần tử cố định (hoặc các phần tử gộp) để chúng có thể được kết hợp vào các mô hình ohm-law giúp chúng dễ dàng làm việc hơn. Giống như với ăng-ten, có thể có nhiều thứ đang diễn ra hơn là chỉ một mảnh kim loại ngồi ở đó không đi đến đâu.

Điều này có lẽ không thực sự trả lời Q, nhưng không giống như một số giải thích văn bản khủng khiếp, đối với tôi hiểu một lưỡng cực (ăng-ten) - và làm thế nào nó có thể tỏa ra-, đến từ việc hiểu mạch LC https://en.wikipedia.org/wiki /File:LC_abul_simple.svg

sau khi xem hoạt hình đơn giản này ("Cách thức lưỡng cực"):

https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Dipolentstehung.gif

Điều đó thực sự mở mắt, không giống như một tấn văn bản.

https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Dipole_receiving_antenna_animation_6_800x394x150ms.gif

Dòng điện chạy qua dây trong ăng-ten như thế nào với thực tế là tốc độ ánh sáng là hữu hạn và ăng-ten có kích thước khác không (so với tốc độ ánh sáng ở tần số thiết kế của ăng-ten), cũng như không điện dung bằng không. Vật lý cơ bản.

Do tốc độ ánh sáng là hữu hạn, một đầu của dây có chiều dài khác không có thể có điện áp khác nhau và có điện tích khác với đầu kia, vì tốc độ ánh sáng ngăn chúng cân bằng ngay lập tức. Sẽ cần một thời gian (theo thứ tự khoảng một nano giây cho mỗi chân dây, hoặc khoảng 3 nS mỗi mét, thậm chí có thể chậm hơn một chút).

Giả sử bạn kết nối dây với pin, dòng điện hoặc dòng điện ở đầu này và đầu kia. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu dây quá dài, giả sử 0,25 uS để tốc độ ánh sáng truyền từ đầu này sang đầu kia? Sau đó, nếu dòng điện bắt đầu chảy ở một đầu, dòng điện đó sẽ không thực sự "biết" nếu dòng điện chảy ra từ đầu dây bên kia vào pin cho đến 0,25 uS sau đó.

Vì vậy, nếu bạn chỉ kết nối một đầu của dây với nguồn điện áp, dòng điện bắt đầu chảy và khi đến đầu kia của dây, sẽ sạc lên đầu xa của dây, giống như một tụ điện, vì nó không có nơi khác để đi (không tìm thấy thiết bị đầu cuối pin đối diện). Nhưng nếu bạn đang lái xe ở đầu gần với bộ dao động 1 MHz thay vì pin DC, thì khi đầu xa sạc lên, đầu gần sẽ nhanh chóng đảo ngược điện áp, đúng lúc để xả tụ điện đó (vì phải mất thêm 0,25 uS cho phí đó để đi trở lại điểm thức ăn).

Chiều dài hữu hạn của dây cũng có độ tự cảm. Độ tự cảm đó sẽ khiến EMF đảo ngược chống lại điện tích truyền lên dây. Điện trở đó gây ra sự mất năng lượng trong dây và bảo toàn năng lượng đưa năng lượng đó vào trường điện từ chạy ra khỏi ăng-ten với tốc độ ánh sáng và nhanh hơn bất kỳ sóng phản tác dụng nào (gây ra bởi điện tích theo hướng đảo ngược của dây) có thể bắt kịp và hủy bỏ nó. Các mặt trận trường EM xen kẽ đó biến thành sóng RF tiêu chuẩn khi chúng phát ra từ trường gần của ăng ten.

Cực âm của mạch là đầu xa của nửa lưỡng cực còn lại, được tích điện và phóng điện ngược lại. Hoặc, trong trường hợp ăng ten đơn cực thẳng đứng, trái đất hành tinh (và / hoặc dây nối đất, vỏ radio, tay của bạn, cuối cùng là toàn bộ vũ trụ) cuối cùng trở thành tấm đối diện của tụ điện.

Tôi đoán cách tiếp cận này mặc dù không hoàn toàn chính xác có thể giúp đỡ. Hãy thử tưởng tượng một pin và 2 dây kết nối ở đầu cực của nó đã kết thúc. Một tiềm năng tồn tại trong pin. Điều đó có nghĩa là một điện trường tồn tại trong pin, bây giờ trường này xuyên qua dây được kết nối, gây ra sự tích lũy của các điện tích + ve và ở các đầu tương ứng cho đến khi đạt được tiềm năng tương tự, điều này vẫn duy trì cho đến khi tiềm năng của pin không bị thay đổi. Bây giờ cả hai đầu mở đều có cùng mức độ tiềm năng như của Pin. Bây giờ nếu tôi tăng tiềm năng của pin, một số khoản phí khác sẽ di chuyển đến điểm cuối cho đến khi tiềm năng được cân bằng. Và khi tôi giảm tiềm năng, một số khoản phí sẽ di chuyển trở lại. Mặc dù sự chuyển động của phí là trong một khoảng thời gian ngắn. Chuyển động này xảy ra liên tục khi một điện áp xoay chiều được áp dụng, dao động hiệu quả các điện tích và do đó tạo ra sóng EM. Hi vọng điêu nay co ich :)

Cơ chế bức xạ và ăng ten

Sóng vô tuyến là dòng điện xoay chiều vô hình trong khí quyển. Sóng ánh sáng có thể nhìn thấy dòng điện xoay chiều trong khí quyển.

Ăng-ten là một thiết bị đầu cuối của dòng điện; không có dòng điện đi qua anten, chỉ có điện áp dao động với dòng điện đầu vào. Điện áp dao động này trong ăng-ten máy phát tạo ra một dòng điện xoay chiều trong không khí, truyền ra khỏi bề mặt ăng-ten ở góc 90 độ, đi qua không khí để đến ăng-ten thu và tạo ra điện áp dao động trong nó.

Trong quá trình này, ăng-ten giống như một quả bóng, dòng điện giống như không khí và điện áp giống như áp suất không khí.

Khi không khí được bơm vào và ra khỏi khinh khí cầu, áp suất trong khinh khí cầu sẽ liên tục thay đổi và tạo ra sóng âm dọc trong không khí.

Tương tự, khi các electron được bơm vào và ra khỏi ăng-ten, điện áp trong ăng-ten sẽ tiếp tục thay đổi và tạo ra sóng tĩnh điện dọc trong không khí. Trên thực tế, đây là dòng điện xoay chiều trong không khí.

Trong không gian chân không, lực của Coulomb là chất dẫn điện. Dòng electron nhìn thấy trên bề mặt ăng ten liên tục đẩy nhau bằng lực của Coulomb. F = Kế x Q1Q2 / R ^ 2.

Lực đẩy này hoạt động như một thanh cứng không có khối lượng và cơ thể, và ngay lập tức truyền năng lượng điện tự do qua lại giữa hai ăng ten.

Giữ một nam châm trong mỗi bàn tay, với cùng một cực đối diện nhau. Bạn có cảm thấy lực đẩy mạnh mẽ? Vâng. Vẫy một tay ra vào. Cảm thấy động năng ngay lập tức chuyển sang mặt khác? Vâng. Có phải hai bàn tay vẫy với cùng một tần số? Vâng. Có sóng từ nào truyền giữa hai tay không? Không.

Lực từ lực đẩy là vật dẫn của động năng giữa hai tay, cho phép động năng tự do chuyển ngay lập tức. Chúng ta có thể gọi hiện tượng này là bức xạ từ.

Nếu chúng ta cầm electron trong tay thay vì nam châm thì đó là bức xạ tĩnh điện, một sự giải thích sai về bức xạ điện từ của các nhà khoa học.

Hướng dòng điện xoay chiều luôn vuông góc với bề mặt của anten và nó lan truyền trong không khí dưới dạng sóng dọc.