Linapokuja suala laantena, swali ambalo watu wana wasiwasi zaidi ni "Mionzi hupatikanaje hasa?" Je, uga wa sumakuumeme unaozalishwa na chanzo cha mawimbi hueneaje kupitia mstari wa upitishaji na ndani ya antena, na hatimaye "kujitenga" na antena ili kuunda wimbi la nafasi huru.
1. Mionzi ya waya moja
Tuseme kwamba msongamano wa chaji, ulioonyeshwa kama qv (Coulomb/m3), umesambazwa sawasawa katika waya wa duara wenye eneo la sehemu mtambuka la a na ujazo wa V, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1.
Mchoro 1
Jumla ya chaji Q katika ujazo V husogea katika mwelekeo wa z kwa kasi sawa Vz (m/s). Inaweza kuthibitishwa kuwa msongamano wa sasa Jz kwenye sehemu ya msalaba ya waya ni:
Jz = qv vz (1)
Ikiwa waya imetengenezwa kwa kondakta bora, msongamano wa mkondo J kwenye uso wa waya ni:
Js = qs vz (2)
Ambapo qs ni msongamano wa chaji ya uso. Ikiwa waya ni mwembamba sana (ikiwezekana, radius ni 0), mkondo katika waya unaweza kuonyeshwa kama:
Iz = ql vz (3)
Ambapo ql (coulomb/mita) ni chaji kwa kila urefu wa kitengo.
Tunajali zaidi kuhusu waya mwembamba, na hitimisho linatumika kwa kesi tatu zilizo hapo juu. Ikiwa mkondo unatofautiana kwa wakati, derivative ya fomula (3) kuhusiana na wakati ni kama ifuatavyo:
(4)
az ni kuongeza kasi ya chaji. Ikiwa urefu wa waya ni l, (4) unaweza kuandikwa kama ifuatavyo:
(5)
Mlinganyo (5) ni uhusiano wa msingi kati ya mkondo na chaji, na pia uhusiano wa msingi wa mionzi ya sumakuumeme. Kwa ufupi, ili kutoa mionzi, lazima kuwe na mkondo unaobadilika wakati au kuongeza kasi (au kupunguza kasi) ya chaji. Kwa kawaida tunataja mkondo katika matumizi ya harmoniki ya wakati, na chaji mara nyingi hutajwa katika matumizi ya muda mfupi. Ili kutoa kuongeza kasi ya chaji (au kupunguza kasi), waya lazima upinde, ukunje, na usitimie. Chaji inapoyumba katika mwendo wa harmoniki ya wakati, pia itatoa kuongeza kasi ya chaji ya mara kwa mara (au kupunguza kasi) au mkondo unaobadilika wakati. Kwa hivyo:
1) Ikiwa chaji haitasogea, hakutakuwa na mkondo wala mionzi.
2) Ikiwa chaji inasonga kwa kasi isiyobadilika:
a. Ikiwa waya ni nyoofu na haina kikomo kwa urefu, hakuna mionzi.
b. Ikiwa waya imepinda, imekunjwa, au haiendelei, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2, kuna mionzi.
3) Ikiwa chaji itatetemeka baada ya muda, chaji itang'aa hata kama waya ni nyoofu.
Mchoro 2
Uelewa wa ubora wa utaratibu wa mionzi unaweza kupatikana kwa kuangalia chanzo kinachosukumwa kilichounganishwa na waya wazi ambacho kinaweza kutulizwa kupitia mzigo kwenye ncha yake wazi, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2(d). Wakati waya inapowezeshwa awali, chaji (elektroni huru) kwenye waya huwekwa kwenye mwendo na mistari ya uwanja wa umeme inayozalishwa na chanzo. Chaji zinapoharakishwa kwenye ncha ya chanzo cha waya na kupunguzwa kasi (mchapuko hasi ukilinganisha na mwendo wa awali) zinapoakisiwa kwenye ncha yake, uwanja wa mionzi huzalishwa kwenye ncha zake na kando ya waya iliyobaki. Mchapuko wa chaji unafanywa na chanzo cha nje cha nguvu kinachoweka chaji kwenye mwendo na kutoa uwanja unaohusiana wa mionzi. Kupungua kwa chaji kwenye ncha za waya kunafanywa na nguvu za ndani zinazohusiana na uwanja unaosababishwa, ambao husababishwa na mkusanyiko wa chaji zilizojilimbikizia kwenye ncha za waya. Nguvu za ndani hupata nishati kutokana na mkusanyiko wa chaji kadri kasi yake inavyopungua hadi sifuri kwenye ncha za waya. Kwa hivyo, kuongeza kasi ya chaji kutokana na msisimko wa uwanja wa umeme na kupungua kwa chaji kutokana na kutoendelea au mkunjo laini wa impedansi ya waya ndio mifumo ya uzalishaji wa mionzi ya sumakuumeme. Ingawa msongamano wa sasa (Jc) na msongamano wa chaji (qv) ni maneno chanzo katika milinganyo ya Maxwell, chaji inachukuliwa kuwa kiasi cha msingi zaidi, haswa kwa nyanja za muda mfupi. Ingawa maelezo haya ya mionzi hutumika zaidi kwa hali za muda mfupi, yanaweza pia kutumika kuelezea mionzi ya hali thabiti.
Pendekeza kadhaa borabidhaa za antenailiyotengenezwa naRFMISO:
RM-TCR406.4
RM-BCA082-4（0.8-2GHz)
RM-SWA910-22(9-10GHz)
2. Mionzi ya waya mbili
Unganisha chanzo cha volteji kwenye laini ya upitishaji ya kondakta mbili iliyounganishwa na antena, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 3(a). Kutumia volteji kwenye laini ya waya mbili hutoa uwanja wa umeme kati ya kondakta. Mistari ya uwanja wa umeme hufanya kazi kwenye elektroni huru (zinazotenganishwa kwa urahisi na atomi) zilizounganishwa na kila kondakta na kuzilazimisha kusonga. Mwendo wa chaji hutoa mkondo, ambao nao hutoa uwanja wa sumaku.
Mchoro 3
Tumekubali kwamba mistari ya uwanja wa umeme huanza na chaji chanya na kuishia na chaji hasi. Bila shaka, inaweza pia kuanza na chaji chanya na kuishia katika infinity; au kuanza katika infinity na kuishia na chaji hasi; au kuunda vitanzi vilivyofungwa ambavyo havianzi wala kuishia na chaji yoyote. Mistari ya uwanja wa sumaku daima huunda vitanzi vilivyofungwa kuzunguka kondakta zinazobeba mkondo kwa sababu hakuna chaji za sumaku katika fizikia. Katika baadhi ya fomula za hisabati, chaji sawa za sumaku na mikondo ya sumaku huletwa ili kuonyesha uwili kati ya suluhisho zinazohusisha nguvu na vyanzo vya sumaku.
Mistari ya uwanja wa umeme iliyochorwa kati ya kondakta mbili husaidia kuonyesha usambazaji wa chaji. Tukidhani kwamba chanzo cha volteji ni sinusoidal, tunatarajia uwanja wa umeme kati ya kondakta pia uwe sinusoidal na kipindi sawa na kile cha chanzo. Ukubwa wa nguvu ya uwanja wa umeme unawakilishwa na msongamano wa mistari ya uwanja wa umeme, na mishale inaonyesha mwelekeo wa jamaa (chanya au hasi). Uzalishaji wa mashamba ya umeme na sumaku yanayobadilika kwa wakati kati ya kondakta huunda wimbi la sumakuumeme linaloenea kando ya mstari wa usafirishaji, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 3(a). Wimbi la sumakuumeme huingia kwenye antena pamoja na chaji na mkondo unaolingana. Tukiondoa sehemu ya muundo wa antena, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 3(b), wimbi la nafasi huru linaweza kuundwa kwa "kuunganisha" ncha wazi za mistari ya uwanja wa umeme (iliyoonyeshwa na mistari yenye nukta). Wimbi la nafasi huru pia ni la mara kwa mara, lakini sehemu ya awamu ya kudumu P0 husogea nje kwa kasi ya mwanga na kusafiri umbali wa λ/2 (hadi P1) katika nusu kipindi cha muda. Karibu na antena, sehemu ya awamu isiyobadilika P0 husogea kwa kasi zaidi kuliko kasi ya mwanga na inakaribia kasi ya mwanga katika sehemu zilizo mbali na antena. Mchoro 4 unaonyesha usambazaji wa uwanja wa umeme wa nafasi huru wa antena ya λ∕2 katika t = 0, t/8, t/4, na 3T/8.
Mchoro 4 Usambazaji wa uwanja wa umeme wa nafasi huru wa antena ya λ∕2 katika t = 0, t/8, t/4 na 3T/8
Haijulikani jinsi mawimbi yanayoongozwa yanavyotenganishwa na antena na hatimaye kuundwa ili kuenea katika nafasi huru. Tunaweza kulinganisha mawimbi yanayoongozwa na nafasi huru na mawimbi ya maji, ambayo yanaweza kusababishwa na jiwe linalodondoshwa katika maji tulivu au kwa njia nyingine. Mara tu usumbufu katika maji unapoanza, mawimbi ya maji huzalishwa na kuanza kuenea nje. Hata kama usumbufu utakoma, mawimbi hayaachi bali yanaendelea kuenea mbele. Ikiwa usumbufu utaendelea, mawimbi mapya huzalishwa kila mara, na kuenea kwa mawimbi haya kunabaki nyuma ya mawimbi mengine.
Vivyo hivyo kwa mawimbi ya sumakuumeme yanayotokana na usumbufu wa umeme. Ikiwa usumbufu wa awali wa umeme kutoka kwa chanzo ni wa muda mfupi, mawimbi ya sumakuumeme yanayozalishwa huenea ndani ya laini ya upitishaji, kisha huingia kwenye antena, na hatimaye huangaza kama mawimbi ya nafasi huru, ingawa msisimko haupo tena (kama vile mawimbi ya maji na usumbufu waliouunda). Ikiwa usumbufu wa umeme unaendelea, mawimbi ya sumakuumeme yanaendelea na hufuata kwa karibu nyuma yao wakati wa uenezaji, kama inavyoonyeshwa kwenye antena ya pande mbili inayoonyeshwa kwenye Mchoro 5. Wakati mawimbi ya sumakuumeme yapo ndani ya laini za upitishaji na antena, uwepo wao unahusiana na uwepo wa chaji ya umeme ndani ya kondakta. Hata hivyo, wakati mawimbi yanapotolewa, huunda kitanzi kilichofungwa na hakuna chaji ya kudumisha uwepo wao. Hii inatuongoza kwenye hitimisho kwamba:
Kusisimua kwa uwanja kunahitaji kuongeza kasi na kupunguza kasi ya chaji, lakini matengenezo ya uwanja hayahitaji kuongeza kasi na kupunguza kasi ya chaji.
Mchoro 5
3. Mionzi ya Dipole
Tunajaribu kuelezea utaratibu ambao mistari ya uwanja wa umeme hutengana na antena na kuunda mawimbi ya nafasi huru, na kuchukua antena ya dipole kama mfano. Ingawa ni maelezo rahisi, pia huwawezesha watu kuona kwa urahisi uzalishaji wa mawimbi ya nafasi huru. Mchoro 6(a) unaonyesha mistari ya uwanja wa umeme inayozalishwa kati ya mikono miwili ya dipole wakati mistari ya uwanja wa umeme inaposogea nje kwa λ∕4 katika robo ya kwanza ya mzunguko. Kwa mfano huu, hebu tuchukulie kwamba idadi ya mistari ya uwanja wa umeme inayoundwa ni 3. Katika robo inayofuata ya mzunguko, mistari mitatu ya awali ya uwanja wa umeme husogeza λ∕4 nyingine (jumla ya λ∕2 kutoka mahali pa kuanzia), na msongamano wa chaji kwenye kondakta huanza kupungua. Inaweza kuzingatiwa kuwa imeundwa kwa kuanzishwa kwa chaji kinyume, ambazo hufuta chaji kwenye kondakta mwishoni mwa nusu ya kwanza ya mzunguko. Mistari ya uwanja wa umeme inayozalishwa na chaji kinyume ni 3 na husogea umbali wa λ∕4, ambao unawakilishwa na mistari yenye nukta katika Mchoro 6(b).
Matokeo ya mwisho ni kwamba kuna mistari mitatu ya umeme inayoshuka chini katika umbali wa kwanza wa λ∕4 na idadi sawa ya mistari ya umeme inayopanda juu katika umbali wa pili wa λ∕4. Kwa kuwa hakuna chaji halisi kwenye antena, mistari ya umeme inayoshuka lazima ilazimishwe kutengana na kondakta na kuungana pamoja ili kuunda kitanzi kilichofungwa. Hii inaonyeshwa kwenye Mchoro 6(c). Katika nusu ya pili, mchakato huo huo wa kimwili unafuatwa, lakini kumbuka kwamba mwelekeo ni kinyume. Baada ya hapo, mchakato unarudiwa na unaendelea kwa muda usiojulikana, na kutengeneza usambazaji wa umeme unaofanana na Mchoro 4.
Mchoro 6
Ili kujifunza zaidi kuhusu antena, tafadhali tembelea:
Muda wa chapisho: Juni-20-2024
