Nalika nerangakeantena, pitakonan sing paling dikuwatirake wong yaiku "Kepiye carane radiasi bisa digayuh?" Kepiye medan elektromagnetik sing diasilake dening sumber sinyal nyebar liwat saluran transmisi lan ing njero antena, lan pungkasane "misah" saka antena kanggo mbentuk gelombang ruang bebas.
1. Radiasi kawat tunggal
Ayo padha nganggep yen kapadhetan muatan, sing ditulis minangka qv (Coulomb/m3), kasebar rata ing kawat bunder kanthi area penampang a lan volume V, kaya sing dituduhake ing Gambar 1.
Gambar 1
Muatan total Q ing volume V obah ing arah z kanthi kecepatan seragam Vz (m/s). Bisa dibuktekake yen kerapatan arus Jz ing penampang kawat yaiku:
Jz = qv vz （1）
Yen kawat digawe saka konduktor ideal, kerapatan arus Js ing permukaan kawat yaiku:
Js = qs vz （2）
Ing ngendi qs minangka kapadhetan muatan permukaan. Yen kawat kasebut tipis banget (sacara ideal, radius yaiku 0), arus ing kawat bisa ditulis minangka:
Iz = ql vz (3)
ing ngendi ql (coulomb/meter) minangka muatan saben unit dawa.
Kita utamane prihatin karo kabel tipis, lan kesimpulan kasebut ditrapake kanggo telung kasus ing ndhuwur. Yen arus beda-beda miturut wektu, turunan saka rumus (3) gegayutan karo wektu yaiku kaya ing ngisor iki:
(4)
az iku percepatan muatan. Yen dawane kawat iku l, (4) bisa ditulis kaya ing ngisor iki:
(5)
Persamaan (5) minangka hubungan dhasar antarane arus lan muatan, lan uga hubungan dhasar radiasi elektromagnetik. Sederhanane, kanggo ngasilake radiasi, kudu ana arus utawa akselerasi (utawa deselerasi) muatan sing owah-owahan wektu. Biasane kita nyebutake arus ing aplikasi harmonik wektu, lan muatan paling asring kasebut ing aplikasi transien. Kanggo ngasilake akselerasi (utawa deselerasi) muatan, kawat kudu dibengkokake, dilipat, lan ora terus-terusan. Nalika muatan osilasi ing gerakan harmonik wektu, uga bakal ngasilake akselerasi (utawa deselerasi) muatan periodik utawa arus sing owah-owahan wektu. Mulane:
1) Yen muatan ora obah, ora bakal ana arus lan ora ana radiasi.
2) Yen muatan obah kanthi kecepatan tetep:
a. Yen kawat iku lurus lan dawane tanpa wates, ora ana radiasi.
b. Yen kawat bengkong, dilipet, utawa ora terus-terusan, kaya sing dituduhake ing Gambar 2, ana radiasi.
3) Yen muatan kasebut osilasi suwe-suwe, muatan kasebut bakal memancar sanajan kawat kasebut lurus.
Gambar 2
Pangerten kualitatif babagan mekanisme radiasi bisa dipikolehi kanthi ndeleng sumber pulsa sing disambungake menyang kabel mbukak sing bisa di-ground liwat beban ing pucuk sing mbukak, kaya sing dituduhake ing Gambar 2(d). Nalika kabel wiwitane diwenehi energi, muatan (elektron bebas) ing kabel kasebut digerakake dening garis medan listrik sing diasilake dening sumber kasebut. Nalika muatan kasebut dipercepat ing pucuk sumber kabel lan diperlambat (akselerasi negatif relatif marang gerakan asli) nalika dipantulake ing pucuke, medan radiasi diasilake ing pucuke lan ing sadawane kabel liyane. Akselerasi muatan kasebut ditindakake dening sumber gaya eksternal sing nyetel muatan kasebut obah lan ngasilake medan radiasi sing ana gandhengane. Perlambatan muatan ing pucuk kabel ditindakake dening gaya internal sing ana gandhengane karo medan sing diinduksi, sing disebabake dening akumulasi muatan sing terkonsentrasi ing pucuk kabel. Gaya internal entuk energi saka akumulasi muatan nalika kecepatane mudhun dadi nol ing pucuk kabel. Mulane, percepatan muatan amarga eksitasi medan listrik lan deselerasi muatan amarga diskontinuitas utawa kurva alus saka impedansi kawat minangka mekanisme kanggo ngasilake radiasi elektromagnetik. Sanajan kapadhetan arus (Jc) lan kapadhetan muatan (qv) minangka istilah sumber ing persamaan Maxwell, muatan dianggep minangka kuantitas sing luwih dhasar, utamane kanggo medan transien. Sanajan panjelasan radiasi iki utamane digunakake kanggo kahanan transien, uga bisa digunakake kanggo nerangake radiasi kahanan ajeg.
Rekomendasi sawetara sing apik bangetproduk antenadiprodhuksi deningRFMISO:
RM-TCR406.4
RM-BCA082-4（0.8-2GHz)
RM-SWA910-22(9-10GHz)
2. Radiasi rong kabel
Sambungake sumber voltase menyang saluran transmisi rong konduktor sing disambungake menyang antena, kaya sing dituduhake ing Gambar 3(a). Nerapake voltase menyang saluran rong kabel ngasilake medan listrik ing antarane konduktor. Garis medan listrik tumindak marang elektron bebas (gampang dipisahake saka atom) sing disambungake menyang saben konduktor lan meksa supaya obah. Gerakan muatan ngasilake arus, sing banjur ngasilake medan magnet.
Gambar 3
Kita wis nampa manawa garis medan listrik diwiwiti nganggo muatan positif lan dipungkasi nganggo muatan negatif. Mesthi wae, garis kasebut uga bisa diwiwiti nganggo muatan positif lan dipungkasi ing tanpa wates; utawa diwiwiti saka tanpa wates lan dipungkasi nganggo muatan negatif; utawa mbentuk puteran tertutup sing ora diwiwiti utawa dipungkasi nganggo muatan apa wae. Garis medan magnet mesthi mbentuk puteran tertutup ing sekitar konduktor sing nggawa arus amarga ora ana muatan magnet ing fisika. Ing sawetara rumus matematika, muatan magnet sing padha lan arus magnet dikenalake kanggo nuduhake dualitas antarane solusi sing nglibatake daya lan sumber magnet.
Garis medan listrik sing digambar ing antarane rong konduktor mbantu nuduhake distribusi muatan. Yen kita nganggep yen sumber voltase sinusoidal, kita ngarepake medan listrik ing antarane konduktor uga sinusoidal kanthi periode sing padha karo sumber kasebut. Gedhene relatif kekuatan medan listrik diwakili dening kapadhetan garis medan listrik, lan panah nuduhake arah relatif (positif utawa negatif). Generasi medan listrik lan magnet sing beda-beda wektu ing antarane konduktor mbentuk gelombang elektromagnetik sing nyebar ing sadawane jalur transmisi, kaya sing dituduhake ing Gambar 3(a). Gelombang elektromagnetik mlebu antena kanthi muatan lan arus sing cocog. Yen kita mbusak bagean saka struktur antena, kaya sing dituduhake ing Gambar 3(b), gelombang ruang bebas bisa dibentuk kanthi "nyambungake" ujung-ujung terbuka garis medan listrik (ditampilake dening garis putus-putus). Gelombang ruang bebas uga periodik, nanging titik fase konstan P0 obah metu kanthi kecepatan cahya lan lelungan jarak λ/2 (menyang P1) sajrone setengah periode wektu. Cedhak antena, titik fase konstan P0 obah luwih cepet tinimbang kecepatan cahya lan nyedhaki kecepatan cahya ing titik-titik sing adoh saka antena. Gambar 4 nuduhake distribusi medan listrik ruang bebas saka antena λ/2 ing t = 0, t/8, t/4, lan 3T/8.
Gambar 4 Distribusi medan listrik ruang bebas antena λ/2 ing t = 0, t/8, t/4 lan 3T/8
Ora dingerteni kepiye gelombang sing dipandu dipisahake saka antena lan pungkasane dibentuk kanggo nyebar ing ruang bebas. Kita bisa mbandhingake gelombang sing dipandu lan ruang bebas karo gelombang banyu, sing bisa disebabake dening watu sing tiba ing banyu sing tenang utawa kanthi cara liyane. Sawise gangguan ing banyu diwiwiti, gelombang banyu diasilake lan wiwit nyebar metu. Sanajan gangguan mandheg, gelombang ora mandheg nanging terus nyebar maju. Yen gangguan terus-terusan, gelombang anyar terus diasilake, lan panyebaran gelombang kasebut ketinggalan saka gelombang liyane.
Iki uga bener kanggo gelombang elektromagnetik sing diasilake dening gangguan listrik. Yen gangguan listrik awal saka sumber kasebut mung sedhela, gelombang elektromagnetik sing diasilake nyebar ing njero saluran transmisi, banjur mlebu antena, lan pungkasane nyebar minangka gelombang ruang bebas, sanajan eksitasi wis ora ana maneh (kaya gelombang banyu lan gangguan sing digawe). Yen gangguan listrik terus-terusan, gelombang elektromagnetik ana terus-terusan lan ngetutake ing mburine sajrone panyebaran, kaya sing dituduhake ing antena bikonik sing dituduhake ing Gambar 5. Nalika gelombang elektromagnetik ana ing njero saluran transmisi lan antena, anane ana hubungane karo anane muatan listrik ing njero konduktor. Nanging, nalika gelombang diradiasi, dheweke mbentuk puteran tertutup lan ora ana muatan kanggo njaga anane. Iki ndadékaké kita menyang kesimpulan manawa:
Eksitasi medan mbutuhake akselerasi lan deselerasi muatan, nanging pangopènan medan ora mbutuhake akselerasi lan deselerasi muatan.
Gambar 5
3. Radiasi Dipol
Kita nyoba nerangake mekanisme sing digunakake garis medan listrik kanggo misahake saka antena lan mbentuk gelombang ruang bebas, lan njupuk antena dipol minangka conto. Sanajan iki minangka panjelasan sing disederhanakake, iki uga ngidini wong ndeleng kanthi intuitif generasi gelombang ruang bebas. Gambar 6(a) nuduhake garis medan listrik sing diasilake ing antarane rong lengen dipol nalika garis medan listrik obah metu kanthi λ/4 ing kuartal pertama siklus. Kanggo conto iki, ayo dianggep yen jumlah garis medan listrik sing dibentuk yaiku 3. Ing kuartal sabanjure siklus, telung garis medan listrik asli obah maneh λ/4 (total λ/2 saka titik awal), lan kapadhetan muatan ing konduktor wiwit mudhun. Iki bisa dianggep dibentuk kanthi introduksi muatan sing ngelawan, sing mbatalake muatan ing konduktor ing pungkasan separo pertama siklus. Garis medan listrik sing diasilake dening muatan sing ngelawan yaiku 3 lan obah kanthi jarak λ/4, sing diwakili dening garis putus-putus ing Gambar 6(b).
Asil pungkasan yaiku ana telung garis medan listrik mudhun ing jarak λ/4 pisanan lan jumlah garis medan listrik munggah sing padha ing jarak λ/4 kapindho. Amarga ora ana muatan bersih ing antena, garis medan listrik kudu dipeksa misah saka konduktor lan gabung dadi siji kanggo mbentuk puteran tertutup. Iki dituduhake ing Gambar 6(c). Ing babak kapindho, proses fisik sing padha ditindakake, nanging elinga yen arahe ngelawan. Sawise iku, proses kasebut diulang lan terus tanpa wates, mbentuk distribusi medan listrik sing padha karo Gambar 4.
Gambar 6
Kanggo mangerteni luwih lengkap babagan antena, bukak:
Wektu kiriman: 20-Jun-2024
