Ketika tiba saatnyaantena, pertanyaan yang paling dikhawatirkan orang adalah "Bagaimana sebenarnya radiasi dicapai?"Bagaimana medan elektromagnetik yang dihasilkan oleh sumber sinyal merambat melalui saluran transmisi dan di dalam antena, dan akhirnya “terpisah” dari antena membentuk gelombang ruang bebas.
1. Radiasi kawat tunggal
Mari kita asumsikan bahwa kerapatan muatan, yang dinyatakan sebagai qv (Coulomb/m3), terdistribusi secara merata pada kawat melingkar dengan luas penampang a dan volume V, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1
Muatan total Q dalam volume V bergerak ke arah z dengan kecepatan seragam Vz (m/s).Dapat dibuktikan bahwa rapat arus Jz pada penampang kawat adalah:
Jz = qv vz （1）
Jika kawat terbuat dari konduktor ideal, maka rapat arus Js pada permukaan kawat adalah:
Js = qs vz （2）
Dimana qs adalah kerapatan muatan permukaan.Jika kawat sangat tipis (idealnya jari-jarinya 0), arus dalam kawat dapat dinyatakan sebagai:
Iz = ql vz (3)
Dimana ql (coulomb/meter) adalah muatan per satuan panjang.
Kami terutama membahas kabel tipis, dan kesimpulannya berlaku untuk tiga kasus di atas.Jika arus berubah terhadap waktu, maka turunan rumus (3) terhadap waktu adalah sebagai berikut:
（4）
az adalah percepatan muatan.Jika panjang kawat l, (4) dapat dituliskan sebagai berikut:
（5）
Persamaan (5) merupakan hubungan dasar antara arus dan muatan, serta hubungan dasar radiasi elektromagnetik.Sederhananya, untuk menghasilkan radiasi, harus ada arus atau percepatan (atau perlambatan) muatan yang berubah terhadap waktu.Kami biasanya menyebutkan arus dalam aplikasi harmonik waktu, dan muatan paling sering disebutkan dalam aplikasi sementara.Untuk menghasilkan percepatan (atau perlambatan) muatan, kawat harus ditekuk, dilipat, dan terputus-putus.Ketika muatan berosilasi dalam gerak harmonik waktu, ia juga akan menghasilkan percepatan (atau perlambatan) muatan periodik atau arus yang berubah terhadap waktu.Karena itu:
1) Jika muatan tidak bergerak maka tidak akan ada arus dan radiasi.
2) Jika muatan bergerak dengan kecepatan konstan:
A.Jika kawat lurus dan panjangnya tak terhingga, maka tidak ada radiasi.
B.Jika kawat bengkok, terlipat, atau terputus-putus, seperti ditunjukkan pada Gambar 2, maka terjadi radiasi.
3) Jika muatan berosilasi seiring waktu, muatan akan memancar meskipun kawatnya lurus.
Gambar 2
Pemahaman kualitatif tentang mekanisme radiasi dapat diperoleh dengan melihat sumber pulsa yang terhubung ke kabel terbuka yang dapat dibumikan melalui beban pada ujung terbukanya, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2(d).Ketika kawat pertama kali diberi energi, muatan (elektron bebas) dalam kawat digerakkan oleh garis medan listrik yang dihasilkan oleh sumber.Ketika muatan dipercepat di ujung sumber kawat dan diperlambat (percepatan negatif relatif terhadap gerak aslinya) ketika dipantulkan di ujungnya, medan radiasi dihasilkan di ujung-ujungnya dan di sepanjang sisa kawat.Percepatan muatan dilakukan oleh sumber gaya eksternal yang menggerakkan muatan dan menghasilkan medan radiasi terkait.Perlambatan muatan pada ujung-ujung kawat disebabkan oleh gaya-gaya internal yang berhubungan dengan medan induksi, yang disebabkan oleh akumulasi muatan-muatan terkonsentrasi pada ujung-ujung kawat.Gaya dalam memperoleh energi dari akumulasi muatan ketika kecepatannya berkurang menjadi nol di ujung kawat.Oleh karena itu, percepatan muatan akibat eksitasi medan listrik dan perlambatan muatan akibat diskontinuitas atau kurva halus impedansi kawat merupakan mekanisme timbulnya radiasi elektromagnetik.Meskipun rapat arus (Jc) dan rapat muatan (qv) merupakan suku sumber dalam persamaan Maxwell, muatan dianggap sebagai besaran yang lebih mendasar, khususnya untuk medan transien.Meskipun penjelasan mengenai radiasi ini terutama digunakan untuk keadaan sementara, penjelasan ini juga dapat digunakan untuk menjelaskan radiasi keadaan tunak.
Rekomendasikan beberapa yang luar biasaproduk antenadiproduksi olehRFMISO:
RM-TCR406.4
RM-BCA082-4(0,8-2GHz)
RM-SWA910-22(9-10GHz)
2. Radiasi dua kawat
Hubungkan sumber tegangan ke saluran transmisi dua konduktor yang terhubung ke antena, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3(a).Menerapkan tegangan ke saluran dua kawat menghasilkan medan listrik di antara konduktor.Garis-garis medan listrik bekerja pada elektron bebas (mudah dipisahkan dari atom) yang terhubung ke setiap konduktor dan memaksanya untuk bergerak.Pergerakan muatan menghasilkan arus, yang pada gilirannya menghasilkan medan magnet.
Gambar 3
Kita telah menerima bahwa garis medan listrik dimulai dengan muatan positif dan diakhiri dengan muatan negatif.Tentu saja, mereka juga bisa dimulai dengan muatan positif dan berakhir di tak terhingga;atau mulai dari tak terhingga dan diakhiri dengan muatan negatif;atau membentuk loop tertutup yang tidak dimulai atau diakhiri dengan muatan apa pun.Garis-garis medan magnet selalu membentuk loop tertutup di sekitar konduktor pembawa arus karena tidak ada muatan magnet dalam fisika.Dalam beberapa rumus matematika, muatan magnet dan arus magnet yang setara diperkenalkan untuk menunjukkan dualitas antara solusi yang melibatkan daya dan sumber magnet.
Garis medan listrik yang ditarik antara dua konduktor membantu menunjukkan distribusi muatan.Jika kita berasumsi bahwa sumber tegangan berbentuk sinusoidal, maka medan listrik antar konduktor juga diharapkan berbentuk sinusoidal dengan periode yang sama dengan periode sumber.Besaran relatif kuat medan listrik diwakili oleh kerapatan garis-garis medan listrik, dan panah menunjukkan arah relatif (positif atau negatif).Pembangkitan medan listrik dan magnet yang bervariasi terhadap waktu antara konduktor membentuk gelombang elektromagnetik yang merambat sepanjang saluran transmisi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3(a).Gelombang elektromagnetik memasuki antena dengan muatan dan arus yang sesuai.Jika kita menghilangkan sebagian struktur antena, seperti ditunjukkan pada Gambar 3(b), gelombang ruang bebas dapat dibentuk dengan "menghubungkan" ujung terbuka garis medan listrik (ditunjukkan dengan garis putus-putus).Gelombang ruang bebas juga periodik, tetapi titik fase konstan P0 bergerak keluar dengan kecepatan cahaya dan menempuh jarak λ/2 (ke P1) dalam setengah periode waktu.Di dekat antena, titik fase konstan P0 bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya dan mendekati kecepatan cahaya pada titik yang jauh dari antena.Gambar 4 menunjukkan distribusi medan listrik ruang bebas antena λ∕2 pada t = 0, t/8, t/4, dan 3T/8.
Gambar 4 Distribusi medan listrik ruang bebas antena λ∕2 pada t = 0, t/8, t/4 dan 3T/8
Tidak diketahui bagaimana gelombang terpandu dipisahkan dari antena dan akhirnya terbentuk untuk merambat di ruang bebas.Kita dapat membandingkan gelombang terpandu dan gelombang ruang bebas dengan gelombang air, yang dapat disebabkan oleh jatuhnya batu di perairan yang tenang atau karena cara lain.Begitu gangguan di dalam air dimulai, gelombang air dihasilkan dan mulai merambat ke luar.Sekalipun gangguannya berhenti, gelombangnya tidak berhenti melainkan terus merambat ke depan.Jika gangguan terus berlanjut, gelombang baru akan terus dihasilkan, dan perambatan gelombang ini tertinggal dibandingkan gelombang lainnya.
Hal yang sama juga berlaku untuk gelombang elektromagnetik yang dihasilkan oleh gangguan listrik.Jika gangguan listrik awal dari sumber berlangsung singkat, maka gelombang elektromagnetik yang dihasilkan merambat di dalam saluran transmisi, kemudian masuk ke antena, dan akhirnya memancar sebagai gelombang ruang bebas, meskipun eksitasinya sudah tidak ada lagi (seperti gelombang air). dan gangguan yang mereka ciptakan).Jika gangguan listrik berlangsung terus menerus, maka gelombang elektromagnetik akan terus ada dan mengikuti di belakangnya selama perambatan, seperti yang ditunjukkan pada antena bikonikal yang ditunjukkan pada Gambar 5. Ketika gelombang elektromagnetik berada di dalam saluran transmisi dan antena, keberadaannya terkait dengan keberadaan gangguan listrik. muatan di dalam konduktor.Namun ketika gelombang tersebut dipancarkan, maka gelombang tersebut membentuk lingkaran tertutup dan tidak ada muatan yang mempertahankan keberadaannya.Hal ini membawa kita pada kesimpulan bahwa:
Eksitasi medan memerlukan percepatan dan perlambatan muatan, tetapi pemeliharaan medan tidak memerlukan percepatan dan perlambatan muatan.
Gambar 5
3. Radiasi Dipol
Kami mencoba menjelaskan mekanisme putusnya garis medan listrik dari antena dan membentuk gelombang ruang bebas, dan mengambil antena dipol sebagai contoh.Meskipun penjelasannya disederhanakan, hal ini juga memungkinkan orang untuk secara intuitif melihat pembentukan gelombang ruang bebas.Gambar 6(a) menunjukkan garis medan listrik yang dihasilkan antara kedua lengan dipol ketika garis medan listrik bergerak keluar sebesar λ∕4 pada kuartal pertama siklus.Untuk contoh ini, misalkan jumlah garis medan listrik yang terbentuk adalah 3. Pada seperempat siklus berikutnya, ketiga garis medan listrik awal berpindah λ∕4 lagi (total λ∕2 dari titik awal), dan kerapatan muatan pada konduktor mulai berkurang.Hal ini dapat dianggap terbentuk dengan masuknya muatan-muatan yang berlawanan, yang menghilangkan muatan-muatan pada konduktor pada akhir paruh pertama siklus.Garis-garis medan listrik yang dihasilkan oleh muatan-muatan yang berlawanan adalah 3 dan bergerak sejauh λ∕4, yang diwakili oleh garis putus-putus pada Gambar 6(b).
Hasil akhirnya adalah terdapat tiga garis medan listrik ke bawah pada jarak λ∕4 pertama dan jumlah garis medan listrik ke atas yang sama pada jarak λ∕4 kedua.Karena tidak ada muatan bersih pada antena, garis-garis medan listrik harus dipaksa terpisah dari konduktor dan bergabung bersama membentuk loop tertutup.Hal ini ditunjukkan pada Gambar 6(c).Pada babak kedua, proses fisik yang sama dilakukan, namun perhatikan bahwa arahnya berlawanan.Setelah itu, proses tersebut berulang dan berlanjut tanpa batas waktu sehingga membentuk sebaran medan listrik seperti Gambar 4.
Gambar 6
Untuk mempelajari lebih lanjut tentang antena, silakan kunjungi:
Waktu posting: 20 Juni-2024
