안테나 방사 방식 (전류가 전선을 통해 흐르는 방식)

안테나가 신호를 방사하는 방법을 이해하지 못합니다.

나는 기본 안테나 (파장, 전자 전자장, ...)를 이해하지만, 음극이없는 전선을 통해 전류가 어떻게 흐르는 지 이해하지 못합니다.

저에게 설명해 주시겠습니까?

완전한 회로가 없으면 전류가 어떻게 흐를 수 있는지 이해하지 못하는 것 같습니다. 간단한 1/4 파장 쌍극자를 예로 들어 보겠습니다.

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

V1의 "-"에서 "+"까지 완전한 회로가 없기 때문에 전류가 어떻게 흐를 수 있습니까?

$\lambda/2$$180^\circ$

에너지가 방출되는 이유는 복잡합니다. 긴 대답은 " 맥스웰 방정식 "입니다. 이 수학의 모든 세부 사항을 이해하고 싶지 않다면 간단하고 불완전한 이해가 있습니다. 안테나의 전류는 자기장과 관련이 있고 전압은 전기장과 관련이 있습니다. 안테나는 안테나에서 멀리 떨어진 거리 ( 원거리 필드 )에서이 두 필드가 서로 직각이고 위상이 일치하는 배열이며 다음과 같이 자체 전파되는 파형입니다.

빨간색은 전기장 (E)이고 파란색은 자기장 (B)입니다. 이것은 Z 축과 정렬 된 쌍극자에 의해 방출되는 일종의 파동입니다.

여기 내 자신의 멍청한 무지를 무시하는 데 도움이되는 지나치게 단순화 된 버전이 있습니다.

소형 안테나에는 기본적으로 소형 루프 안테나와 짧은 다이폴 안테나의 두 가지 유형이 있습니다. 소형 루프 안테나는 와이어 링일 뿐이며 와이어의 모든 전류는 안테나 주변의 자기장을 생성합니다. 이 장치는 인덕터이지만 공간을 채우는 자기장이 큰 장치입니다.

반면에, 짧은 쌍극자 안테나는 공기에 튀어 나오는 한 쌍의 금속 "커패시터 플레이트"이며, 전압이인가되면 주변 공간에 전자장이 있습니다. 이 장치는 커패시터 일 뿐이지 만 주변 지역에 넓은 공간을 차지하는 필드가 있습니다.

일정한 볼트 또는 전류 대신 사인파를 적용하면 "안테나"주변의 필드가 확장 된 다음 0으로 축소 된 다음 다시 확장되지만 뒤로 향하지만 반복됩니다. 전파가 생성되지 않으므로 실제로 무선 안테나가 아닙니다. 그러나 그들은 우주에서 일부 지역 EM 필드를 만들고 있습니다.

MIT의 "TEAL"비디오 프로젝트는 비주얼 버전의 프로세스입니다.

B 필드 또는 e 필드 확장 / 계약

지금까지는 요? 루프 안테나는 자기장을 생성하고, 다이폴 안테나는 전기장을 생성합니다. 안테나를 매우 높은 주파수로 구동하면 이상한 일이 발생하기 시작합니다. 즉, 또는 우리는 심지어 60Hz의가 멀리 안테나에 관한 한 "무선 신호"의 형태가 될 것 같은 큰 크기 중 안테나의 버전을 구축 할 수 있습니다.

안테나를 둘러싼 자기장 또는 전기장은 빛의 속도보다 빠르게 확장되거나 축소 될 수 없습니다. 따라서 이러한 장치에 적용된 AC 펄스가 "너무 빠르면"어떻게됩니까? 인덕터 또는 커패시터 주변의 필드는 바깥쪽으로 튀어 나와 다시 다시 흡입되어야하지만 속도가 거의 빛의 속도라면 어떨까요? 그 때 들판이 보이지 않는 풍선을 부풀 리거나 수축하는 것처럼 행동하는 것을 멈췄습니다. 대신에 들판은 파도처럼 행동하기 시작합니다.

따라서 AC 사인파 동안 극성을 반대로하면 e- 필드 또는 b- 필드는 평소처럼 완전히 흡수되지 않습니다. 대신 안테나에서 느슨해져 계속 움직입니다. 현장 에너지의 일부는 회수되지 않고 대신 공간으로 손실된다. 우리의 루프 안테나는 더 이상 인덕터가 아니며 파도를 만들기 시작했습니다. 그리고 우리의 쌍극자는 이제 커패시터가 아니라 웨이브 발사기입니다.

YT vid : 소형 안테나를 둘러싼 EM 필드

좋은 질문입니다! 복잡한 답변. 이것이 리턴 경로 ( "음극")없이 발생하는 이유를 이해하려면 Ohms-Law 이상으로 이동해야합니다.

모든 가속 된 전하가 방출됩니다. 따라서 교류를 전도하는 모든 것이 안테나 역할을합니다. 그러나 종종 그들은 안테나가 좋지 않고 잘 방출되지 않습니다. 결과적으로이 측면은 종종 문제를 단순화하기 위해 단순히 무시 될 수 있습니다.

좋은 안테나를 만들려면 전력이 에너지 (전압 및 전류에 포함되어 있음)를 안테나에서 멀리 이동하는 전자기 방사선 (에너지가 E- 및 H 필드에 포함되어 있음)으로 전달해야합니다. 이를 위해서는 안테나의 임피던스가 거의 일치해야하고 방사선을 유발하는 전류가 동 위상으로 합쳐져 전송 라인 에서처럼 서로 상쇄되지 않아야합니다. Jim Dearden이 언급했듯이 물리적 길이에 따라 정재파를 얻거나 취소하도록 설계 할 수 있습니다.

"부극이 없음"에 대한 질문의 문제는 전압 및 전류의 3D 측면 및 필드와 관련이없는 단순화 된 회로 모델을 사용하는 것과 관련이 있습니다. 전류는 전도성 (극 또는 극이 아님)으로 흐를 수 있습니다. 외부 EM (전자기) 파가 항상이 작업을 수행합니다. 그러나 이것을 예측할 수있는 저항 법 모델은 없습니다.

엔지니어는 단순한 옴 법칙에서 한 단계 발전하기 위해 "방사 저항"모델을 채택했습니다. 이것은 표준 저항 저항과 유사한 방식으로 사용됩니다. 옴 법칙에서 소비 된 에너지는 열로 바뀝니다. 방사선 저항 모델에서, 소산 된 에너지는 방사선으로 바뀐다.

방사선 저항은 엔지니어가 Maxwell의 방정식을 사용하지 않고 물리적 회로에 경계 조건을 적용하여 방사선의 정확한 모드를 이해하지 않고도 알려진 회로 요소 (일반적으로 일부 RF 담당자가이를 대신하여 계산)를 평가할 수있는 간단한 도구 일뿐입니다.

회로의 동작을 이해하기위한 진정한 열쇠는 방사선 측면이 고려해야 할시기를 이해하는 것입니다. 회로의 작동 주파수가 회로의 크기에 물리적으로 가까운 파장을 가지면 옴의 법칙이 빠르게 분해되기 시작합니다. 일반적으로 파장과 회로 크기의 비율이 0.1보다 큰 경우 해당 회로가 작동하는 방식을 이해하기 위해 Maxwell의 방정식을 적용해야합니다. 따라서 "쿼터 파"안테나라는 용어는 회로가하는 일을 이해하기 위해 EM 이론을 적용해야한다는 단서가되어야합니다.

시간이 있다면 EM 방사선 이해에 대한이 기사 를 요약 하십시오 . 옴의 법칙이 예측할 수없는 방식으로 회로가 작동하는 방식에 대해 엔지니어를지도합니다. 여기에는 EM 이론이 많이 있지만 작동 주파수가 회로의 물리적 크기에 가까울 때 회로 분석에 큰 차이가 있다는 것을 이해하기 위해 모든 것을 이해할 필요는 없습니다.

편집 : 방금 도움이 될만한 또 다른 예를 생각했습니다. 커패시터에는 리턴 경로가 없으며 개방 회로이지만 어떻게 든 작동합니까? 이것은 (그리고 단지 짧은 인덕터) 그들의 방사 특성 때문에 만 작동합니다. 엔지니어는 EM 방정식을 고정 요소 (또는 집중 요소)로 변환하여 옴로 모델에 통합하여보다 쉽게 ​​작업 할 수있는 방법을 찾았습니다. 안테나와 마찬가지로 아무 곳에도 앉아 있지 않은 금속 조각보다 훨씬 더 많은 일이 발생할 수 있습니다.

이것은 아마도 Q에 대한 대답은 아니지만 아마도 몇 가지 텍스트 설명과 달리 쌍극자 (안테나)를 이해하고 방사하는 방법은 LC 회로 를 이해하는 것에서 비롯되었습니다 https://en.wikipedia.org/wiki / 파일 : LC_parallel_simple.svg

이 간단한 애니메이션을 본 후 ( "쌍극자 형성 방법") :

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

그것은 많은 양의 텍스트와 달리 정말 눈에 띄었습니다.

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

안테나의 와이어를 통해 전류가 흐르는 속도는 빛의 속도가 유한하고 안테나가 0이 아닌 크기 (안테나의 설계 주파수에서의 빛의 속도와 관련이 있음)와 커패시턴스 제로. 기본 물리학.

빛의 속도가 유한하기 때문에, 길이가 0이 아닌 와이어의 한쪽 끝은 전압이 다르고 다른 쪽 끝과 다른 전하를 가질 수 있습니다. 빛의 속도는 빛의 속도가 즉각적으로 등화되는 것을 방해하기 때문입니다. 어느 정도 시간이 필요할 것입니다 (각 와이어 풋당 약 나노초 또는 미터당 약 3 nS, 아마도 조금 더 느림).

와이어를 배터리에 연결하면 한쪽 끝과 다른 쪽 끝에서 전류 또는 전자가 흐릅니다. 그러나 와이어가 너무 길면 빛의 속도가 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝까지 도달하는 데 0.25 uS가 필요합니까? 그런 다음 한쪽 끝에서 전류가 흐르기 시작하면 0.25 uS 이후까지 전류가 전선의 다른 쪽 끝에서 배터리로 흘러 들어가는 지 실제로 알지 못합니다.

따라서 전선의 한쪽 끝만 전압 소스에 연결하면 전류가 흐르기 시작하고 전선의 다른 쪽 끝에 도달하면 커패시터와 마찬가지로 전선의 원단을 충전합니다. 다른 곳으로 가십시오 (대향 배터리 단자가 없습니다). 그러나 DC 배터리 대신 1MHz 발진기로 니어 엔드를 구동하는 경우, 파 엔드가 충전 될 때까지 니어 엔드는 커패시터를 방전하기 위해 전압을 빠르게 반전시킵니다 (다른 0.25 uS가 소요됨) 해당 충전에 대해 피드 포인트로 다시 이동합니다).

와이어의 유한 길이에도 인덕턴스가 있습니다. 이 인덕턴스는 전선 위로 이동하는 전하에 저항하는 역기전력을 발생시킵니다. 이 저항은 와이어의 에너지 손실을 유발하고, 에너지 보존은 해당 에너지를 빛의 속도로 안테나에서 멀어지게하는 전자기장에 넣습니다. 따라 잡고 취소 할 수 있습니다. 교대 EM 필드 전면은 안테나의 근거리에서 방출 될 때 표준 RF 파로 바뀝니다.

회로의 음극은 다른 절반의 쌍극자의 끝이며, 반대로 충전되고 방전됩니다. 또는 수직 모노폴 안테나의 경우, 행성 지구 (및 / 또는 접지선, 라디오 케이스, 손, 결국 전체 우주)가 커패시터의 반대 판이됩니다.

이 접근법은 완전히 정확하지는 않지만 도움이 될 수 있습니다. 터미널에 연결된 배터리와 2 개의 전선이 열린 것으로 상상해보십시오. 배터리에 강력한 기능이 있습니다. 즉, 전계가 배터리에 존재한다는 것을 의미합니다. 이제이 필드는 연결된 와이어를 통과하여 동일한 전위에 도달 할 때까지 각 끝에서 + ve 및 -ve 전하가 축적되어 배터리의 전위가 변경되지 않을 때까지 유지됩니다. 이제 양쪽 개방 단은 배터리의 전위와 동일한 크기입니다. 배터리의 전위를 높이면 전위가 균형을 잡을 때까지 충전량이 더 많이 끝납니다. 잠재적 인 금액을 줄이면 일부 요금이 다시 이동합니다. 고발의 움직임은 단기간이지만. 이 동작은 AC 전압이인가 될 때 지속적으로 발생합니다. 효과적으로 전하를 진동시켜 EM 파를 생성합니다. 희망이 있습니다 :)

방사선 및 안테나 메커니즘

전파는 대기에서 보이지 않는 교류 전류입니다. 빛의 파동은 대기에서 교류로 보입니다.

안테나는 전류의 단자이다. 안테나를 통과하는 전류는 없으며 입력 전류에 따라 전압 만 진동합니다. 송신기 안테나의이 발진 전압은 공기의 교류 전류를 유도하여 안테나 표면에서 90도 각도로 전파되어 공기를 통과하여 수신기 안테나에 도달하고 발진 전압을 유도합니다.

이 과정에서 안테나는 풍선과 같고 전류는 공기와 같고 전압은 공기와 같습니다.

공기가 풍선 내부와 외부로 펌핑 될 때 풍선 내부의 압력은 계속 변화하여 공기에서 세로 음파를 생성합니다.

마찬가지로, 전자가 안테나 내외부로 펌핑 할 때 안테나의 전압은 계속 변화하여 공중에서 종 방향 정전기 파를 생성합니다. 이것은 실제로 공기의 교류입니다.

진공 공간에서 쿨롱의 힘은 전기 에너지의 도체입니다. 안테나 표면의 가시선 전자는 쿨롱의 힘으로 끊임없이 서로를 물리 치고 있습니다. F = 케 x Q1Q2 / R ^ 2.

이 반발력은 질량과 몸체가없는 단단한 막대 역할을하며 전기 에너지를 두 안테나 사이에서 자유롭게 앞뒤로 전달합니다.

같은 극이 서로 마주 보도록 한 손으로 자석을 잡습니다. 강한 반발력을 느끼십니까? 예. 한 손으로 들어오고 내립니다. 운동 에너지가 다른 한편으로 즉시 전달되는 것을 느끼십니까? 예. 두 손이 같은 주파수로 흔들리고 있습니까? 예. 두 손 사이에 전파가 있습니까? 아니.

반발 자기력은 양손 사이의 운동 에너지의 도체로 운동 에너지가 즉시 자유롭게 전달되도록합니다. 우리는이 현상을 자기 방사선이라고 부를 수 있습니다.

우리가 자석 대신 전자를 손에 쥐면 전자파가 과학자들에 의해 잘못 해석되는 정전기입니다.

교류 방향은 항상 안테나 표면에 수직이며 공기에서 종파로 전파됩니다.