Энэ тухайд гэвэлантеннХүмүүсийн хамгийн их санаа зовдог асуулт бол "Цацраг туяаг хэрхэн бий болгодог вэ?" юм. Дохионы эх үүсвэрээс үүссэн цахилгаан соронзон орон нь дамжуулах шугам болон антенн дотор хэрхэн тархаж, эцэст нь антеннаас "салж", чөлөөт орон зайн долгион үүсгэдэг.
1. Дан утастай цацраг
Зураг 1-т үзүүлсэн шиг qv (Кулон/м3)-ээр илэрхийлсэн цэнэгийн нягтрал нь хөндлөн огтлолын талбай a ба эзэлхүүн V бүхий дугуй утсан дээр жигд тархсан гэж үзье.
Зураг 1
V эзэлхүүн дэх нийт цэнэг Q нь z чиглэлд жигд Vz (м/с) хурдтай хөдөлдөг. Утасны хөндлөн огтлол дээрх гүйдлийн нягтрал Jz нь дараахтай тэнцүү болохыг баталж болно:
Jz = qv vz （1）
Хэрэв утас нь идеал дамжуулагчаар хийгдсэн бол утасны гадаргуу дээрх гүйдлийн нягтрал Js нь:
Js = qs vz (2)
энд qs нь гадаргуугийн цэнэгийн нягтрал юм. Хэрэв утас маш нимгэн бол (хамгийн тохиромжтой нь радиус нь 0), утсан дахь гүйдлийг дараах байдлаар илэрхийлж болно.
Iz = ql vz (3)
энд ql (кулон/метр) нь нэгж уртын цэнэг юм.
Бид голчлон нимгэн утсыг авч үзэж байгаа бөгөөд дүгнэлт нь дээрх гурван тохиолдолд хамаарна. Хэрэв гүйдэл цаг хугацаагаар хэлбэлзэж байвал (3) томъёоны цаг хугацааны хувьд уламжлал дараах байдалтай байна.
(4)
az нь цэнэгийн хурдатгал юм. Хэрэв утасны урт l бол (4)-ийг дараах байдлаар бичиж болно:
(5)
(5) тэгшитгэл нь гүйдэл ба цэнэгийн хоорондох үндсэн хамаарал, мөн цахилгаан соронзон цацрагийн үндсэн хамаарал юм. Энгийнээр хэлбэл, цацраг үүсгэхийн тулд цаг хугацаагаар өөрчлөгдөж буй гүйдэл эсвэл цэнэгийн хурдатгал (эсвэл удаашрал) байх ёстой. Бид цаг хугацааны гармоник хэрэглээнд гүйдлийг ихэвчлэн дурддаг бөгөөд цэнэгийг түр зуурын хэрэглээнд ихэвчлэн дурддаг. Цэнэгийн хурдатгал (эсвэл удаашрал) үүсгэхийн тулд утсыг нугалж, нугалж, тасалдалгүй байх ёстой. Цэнэг нь цаг хугацааны гармоник хөдөлгөөнд хэлбэлзэх үед үечилсэн цэнэгийн хурдатгал (эсвэл удаашрал) эсвэл цаг хугацаагаар өөрчлөгдөж буй гүйдэл үүсгэнэ. Тиймээс:
1) Хэрэв цэнэг хөдлөхгүй бол гүйдэл болон цацраг байхгүй болно.
2) Хэрэв цэнэг тогтмол хурдтай хөдөлж байвал:
a. Хэрэв утас шулуун бөгөөд хязгааргүй урттай бол цацраг байхгүй.
b. Хэрэв утас нь Зураг 2-т үзүүлсэн шиг нугарсан, эвхэгдсэн эсвэл тасалдсан бол цацраг туяа байна.
3) Хэрэв цэнэг цаг хугацааны явцад хэлбэлзвэл утас шулуун байсан ч цэнэг цацруулна.
Зураг 2
Зураг 2(d)-д үзүүлсэн шиг нээлттэй үзүүрт ачааллаар газардуулж болох нээлттэй утсанд холбогдсон импульсийн эх үүсвэрийг харах замаар цацрагийн механизмын чанарын ойлголтыг олж авч болно. Утсыг анх хүчдэлтэй болгоход утсан дахь цэнэгүүд (чөлөөт электронууд) нь эх үүсвэрээс үүссэн цахилгаан орны шугамаар хөдөлгөөнд ордог. Цэнэгүүд нь утасны эх үүсвэрийн үзүүрт хурдасч, түүний үзүүрт ойх үед удааширч (анхны хөдөлгөөнтэй харьцуулахад сөрөг хурдатгал) байх үед түүний үзүүрүүд болон утасны үлдсэн хэсэгт цацрагийн талбар үүсдэг. Цэнэгүүдийн хурдатгал нь цэнэгийг хөдөлгөөнд оруулж, холбогдох цацрагийн талбарыг үүсгэдэг гадаад хүчний эх үүсвэрээр хийгддэг. Утасны үзүүрт цэнэгийн удаашрал нь утасны үзүүрт төвлөрсөн цэнэгийн хуримтлалаас үүдэлтэй өдөөгдсөн талбартай холбоотой дотоод хүчээр хийгддэг. Дотоод хүч нь утасны үзүүрт хурд нь тэг болж буурах үед цэнэгийн хуримтлалаас энерги авдаг. Тиймээс цахилгаан орны өдөөлтөөс үүдэлтэй цэнэгийн хурдатгал болон утасны импедансын тасалдал буюу гөлгөр муруйлтаас үүдэлтэй цэнэгийн удаашрал нь цахилгаан соронзон цацраг үүсгэх механизм юм. Хэдийгээр гүйдлийн нягтрал (Jc) болон цэнэгийн нягтрал (qv) хоёулаа Максвеллийн тэгшитгэлд эх үүсвэрийн нэр томьёо боловч цэнэг нь ялангуяа түр зуурын талбайн хувьд илүү үндсэн хэмжигдэхүүн гэж тооцогддог. Цацрагийн энэхүү тайлбарыг голчлон түр зуурын төлөв байдалд ашигладаг боловч тогтвортой төлөвийн цацрагийг тайлбарлахад ашиглаж болно.
Хэд хэдэн гайхалтайг санал болгож байнаантенны бүтээгдэхүүнүүдүйлдвэрлэсэнRFMISO:
RM-TCR406.4
RM-BCA082-4（0.8-2GHz)
RM-SWA910-22(9-10GHz)
2. Хоёр утастай цацраг
Зураг 3(a)-д үзүүлсэн шиг антеннд холбогдсон хоёр дамжуулагчтай дамжуулах шугамд хүчдэлийн эх үүсвэрийг холбоно уу. Хоёр утастай шугамд хүчдэл өгөх нь дамжуулагчдын хооронд цахилгаан орон үүсгэдэг. Цахилгаан орны шугамууд нь дамжуулагч бүрт холбогдсон чөлөөт электронууд (атомуудаас амархан тусгаарлагдсан) дээр үйлчилж, тэднийг хөдөлгөхөд хүргэдэг. Цэнэгүүдийн хөдөлгөөн нь гүйдэл үүсгэдэг бөгөөд энэ нь эргээд соронзон орон үүсгэдэг.
Зураг 3
Цахилгаан орны шугамууд эерэг цэнэгээс эхэлж, сөрөг цэнэгээр төгсдөг гэдгийг бид хүлээн зөвшөөрсөн. Мэдээжийн хэрэг, тэдгээр нь эерэг цэнэгээс эхэлж, хязгааргүйд төгсдөг; эсвэл хязгааргүйд эхэлж, сөрөг цэнэгээр төгсдөг; эсвэл ямар ч цэнэгээр эхэлж эсвэл төгсдөггүй битүү гогцоо үүсгэж болно. Соронзон орны шугамууд нь гүйдэл дамжуулагч дамжуулагчийн эргэн тойронд үргэлж битүү гогцоо үүсгэдэг, учир нь физикт соронзон цэнэг байдаггүй. Зарим математикийн томъёонд цахилгаан ба соронзон эх үүсвэрийг хамарсан шийдлүүдийн хоорондох хоёрдмол байдлыг харуулахын тулд эквивалент соронзон цэнэг ба соронзон гүйдлийг нэвтрүүлсэн.
Хоёр дамжуулагчийн хооронд зурсан цахилгаан орны шугамууд нь цэнэгийн тархалтыг харуулахад тусалдаг. Хэрэв бид хүчдэлийн эх үүсвэрийг синусоид гэж үзвэл дамжуулагчдын хоорондох цахилгаан орон нь эх үүсвэрийнхтэй тэнцүү үетэй синусоид байна гэж үзнэ. Цахилгаан орны хүчний харьцангуй хэмжээг цахилгаан орны шугамын нягтралаар илэрхийлж, сумнууд нь харьцангуй чиглэлийг (эерэг эсвэл сөрөг) заана. Дамжуулагчдын хооронд цаг хугацаагаар өөрчлөгддөг цахилгаан ба соронзон орны үүсэлт нь дамжуулах шугамын дагуу тархдаг цахилгаан соронзон долгион үүсгэдэг бөгөөд үүнийг Зураг 3(a)-д үзүүлэв. Цахилгаан соронзон долгион нь цэнэг болон харгалзах гүйдэлтэй хамт антеннд ордог. Хэрэв бид Зураг 3(b)-д үзүүлсэн шиг антенны бүтцийн нэг хэсгийг салгавал цахилгаан орны шугамын нээлттэй үзүүрийг (цэгтэй шугамаар харуулсан) "холбосноор чөлөөт орон зайн долгион үүсгэж болно. Чөлөөт орон зайн долгион нь мөн үечилсэн боловч тогтмол фазын цэг P0 нь гэрлийн хурдаар гадагшаа хөдөлж, хагас хугацааны дотор λ/2 (P1 хүртэл) зайг туулдаг. Антенны ойролцоо тогтмол фазын цэг P0 нь гэрлийн хурдаас хурдан хөдөлж, антеннаас хол цэгүүдэд гэрлийн хурдад ойртдог. Зураг 4-т t = 0, t/8, t/4, болон 3T/8 үед λ/2 антенны чөлөөт орон зайн цахилгаан орны тархалтыг харуулав.
Зураг 4. t = 0, t/8, t/4 болон 3T/8 үед λ/2 антенны чөлөөт орон зайн цахилгаан орны тархалт
Удирдлагын долгионууд антеннаас хэрхэн салж, эцэст нь чөлөөт орон зайд тархахаар үүссэн нь тодорхойгүй байна. Бид удирдлагын болон чөлөөт орон зайн долгионыг усны долгионтой харьцуулж болох бөгөөд энэ нь тайван усан санд унасан чулуу эсвэл бусад аргаар үүсч болно. Усан дахь саад тотгор эхэлмэгц усны долгион үүсч, гадагшаа тархаж эхэлдэг. Хэдийгээр саад тотгор зогссон ч долгион зогсохгүй урагш тархсаар байдаг. Хэрэв саад тотгор үргэлжилсээр байвал шинэ долгион байнга үүсч, эдгээр долгионы тархалт бусад долгионоос хоцордог.
Цахилгааны хэлбэлзлээс үүдэлтэй цахилгаан соронзон долгионы хувьд мөн адил юм. Хэрэв эх үүсвэрээс үүссэн анхны цахилгаан хэлбэлзэл богино хугацаанд үргэлжилбэл үүссэн цахилгаан соронзон долгион нь дамжуулах шугамын дотор тархаж, дараа нь антенн руу орж, эцэст нь өдөөлт байхгүй болсон ч (усны долгион болон тэдгээрийн үүсгэсэн хэлбэлзэлтэй адил) чөлөөт орон зайн долгион хэлбэрээр цацруулдаг. Хэрэв цахилгаан хэлбэлзэл тасралтгүй байвал цахилгаан соронзон долгион тасралтгүй оршиж, тархалтын явцад тэднийг ойрхон дагадаг бөгөөд үүнийг Зураг 5-т үзүүлсэн хоёр конус хэлбэртэй антенн дээр харуулав. Цахилгаан соронзон долгион дамжуулах шугам болон антенн дотор байх үед тэдгээрийн оршин тогтнол нь дамжуулагчийн дотор цахилгаан цэнэгийн оршин тогтнолтой холбоотой байдаг. Гэсэн хэдий ч долгион цацрахад тэдгээр нь битүү гогцоо үүсгэдэг бөгөөд оршин тогтнолоо хадгалах цэнэг байхгүй болно. Энэ нь биднийг дараах дүгнэлтэд хүргэж байна:
Талбайг өдөөхөд цэнэгийг хурдасгах болон удаашруулах шаардлагатай байдаг бол талбарыг хадгалахад цэнэгийг хурдасгах болон удаашруулах шаардлагагүй.
Зураг 5
3. Диполийн цацраг
Бид цахилгаан орны шугамууд антеннаас хэрхэн салж, чөлөөт орон зайн долгион үүсгэдэг механизмыг тайлбарлахыг хичээж, дипол антенныг жишээ болгон авч үзье. Хэдийгээр энэ нь хялбаршуулсан тайлбар боловч хүмүүст чөлөөт орон зайн долгион үүсэхийг зөн совингоор харах боломжийг олгодог. Зураг 6(a)-д мөчлөгийн эхний улиралд цахилгаан орны шугамууд λ∕4-ээр гадагш хөдлөхөд диполын хоёр гарны хооронд үүссэн цахилгаан орны шугамуудыг харуулав. Энэ жишээнд үүссэн цахилгаан орны шугамын тоо 3 гэж үзье. Циклийн дараагийн улиралд анхны гурван цахилгаан орны шугам дахин λ∕4 (эхлэх цэгээс нийт λ∕2) хөдөлж, дамжуулагч дээрх цэнэгийн нягтрал буурч эхэлдэг. Үүнийг мөчлөгийн эхний хагасын төгсгөлд дамжуулагч дээрх цэнэгийг цуцалдаг эсрэг цэнэгүүд нэвтрүүлснээр үүссэн гэж үзэж болно. Эсрэг цэнэгүүдийн үүсгэсэн цахилгаан орны шугамууд нь 3 бөгөөд λ∕4 зайг хөдөлгөдөг бөгөөд үүнийг Зураг 6(b)-д цэгтэй шугамаар дүрсэлсэн болно.
Эцсийн үр дүн нь эхний λ/4 зайд доош чиглэсэн гурван цахилгаан орны шугам, хоёр дахь λ/4 зайд дээш чиглэсэн ижил тооны цахилгаан орны шугамууд байна. Антенн дээр цэвэр цэнэг байхгүй тул цахилгаан орны шугамууд дамжуулагчаас салж, хоорондоо нэгдэж, битүү гогцоо үүсгэх ёстой. Үүнийг Зураг 6(c)-д үзүүлэв. Хоёрдугаар хагаст ижил физик процесс явагдах боловч чиглэл нь эсрэг байгааг анхаарна уу. Үүний дараа процесс давтагдаж, тодорхойгүй хугацаагаар үргэлжилж, Зураг 4-тэй төстэй цахилгаан орны тархалтыг үүсгэнэ.
Зураг 6
Антенны талаар дэлгэрэнгүй мэдээлэл авахыг хүсвэл дараах хаягаар зочилно уу.
Нийтэлсэн цаг: 2024 оны 6-р сарын 20
