Noiz denantenak, jendea gehien kezkatzen duen galdera hau da: "Nola lortzen da erradiazioa benetan?". Nola hedatzen da seinale-iturriak sortutako eremu elektromagnetikoa transmisio-lerroan zehar eta antenaren barruan, eta azkenean nola "bereizten" da antenatik espazio libreko uhin bat osatzeko.
1. Hari bakarreko erradiazioa
Demagun karga-dentsitatea, qv (Coulomb/m3) gisa adierazita, uniformeki banatzen dela zeharkako sekzio-azalera eta V bolumena duen hari zirkular batean, 1. irudian erakusten den bezala.
1. irudia
V bolumenean dagoen Q karga osoa z norabidean mugitzen da Vz abiadura uniformean (m/s). Froga daiteke hariaren zeharkako sekzioan Jz korronte-dentsitatea hau dela:
Jz = qv vz (1)
Hari eroale ideal batez egina badago, hari gainazaleko Js korronte-dentsitatea hau da:
Js = qs vz (2)
Non qs gainazaleko karga-dentsitatea den. Harila oso mehea bada (idealki, erradioa 0 bada), harilan dagoen korrontea honela adieraz daiteke:
Iz = ql vz (3)
Non ql (coulomb/metro) luzera-unitateko karga den.
Batez ere hari meheekin ari gara lanean, eta ondorioak goiko hiru kasuei aplikatzen zaizkie. Korrontea denboran aldatzen bada, (3) formularen deribatua denborarekiko honako hau da:
(4)
az karga-azelerazioa da. Harilaren luzera l bada, (4) honela idatz daiteke:
(5)
(5) ekuazioa korrontearen eta kargaren arteko oinarrizko erlazioa da, eta baita erradiazio elektromagnetikoaren oinarrizko erlazioa ere. Laburbilduz, erradiazioa sortzeko, denboran aldatzen den korronte bat edo kargaren azelerazioa (edo dezelerazioa) egon behar da. Normalean korrontea denbora-harmoniko aplikazioetan aipatzen dugu, eta karga gehienetan aplikazio iragankorretan aipatzen da. Kargaren azelerazioa (edo dezelerazioa) sortzeko, haria tolestu, okertu eta eten egin behar da. Karga denbora-harmoniko mugimenduan oszilatzen denean, aldizkako kargaren azelerazioa (edo dezelerazioa) edo denboran aldatzen den korrontea ere sortuko du. Beraz:
1) Karga mugitzen ez bada, ez da korronterik eta ez da erradiaziorik egongo.
2) Karga abiadura konstantean mugitzen bada:
a. Hari zuzena eta luzera infinitua badu, ez dago erradiaziorik.
b. Hari-konexioa tolestuta, okertuta edo etengabekoa bada, 2. irudian erakusten den bezala, erradiazioa dago.
3) Karga denboran zehar oszilatzen bada, karga irradiatuko da haria zuzena izan arren.
2. irudia
Erradiazio-mekanismoaren ulermen kualitatiboa lor daiteke mutur ireki batean karga baten bidez lurrera konekta daitekeen hari ireki batera konektatutako iturri pultsatzaile bat aztertuz, 2(d) irudian erakusten den bezala. Haria hasieran energiaz elikatzen denean, hariko kargak (elektroi askeak) mugimenduan jartzen dira iturriak sortutako eremu elektriko-lerroek. Kargak hariaren iturriaren muturrean azeleratzen direnean eta muturrean islatzean dezeleratzen direnean (jatorrizko mugimenduarekiko azelerazio negatiboa), erradiazio-eremu bat sortzen da bere muturretan eta hariaren gainerakoan zehar. Kargen azelerazioa kanpoko indar-iturri batek lortzen du, kargak mugimenduan jartzen dituena eta dagokion erradiazio-eremua sortzen duena. Hariaren muturretan kargen dezelerazioa induzitutako eremuarekin lotutako barne-indarrek lortzen dute, eta hori hariaren muturretan karga kontzentratuen metaketak eragiten du. Barne-indarrek energia lortzen dute kargaren metaketatik, abiadura hariaren muturretan zeroraino jaisten den heinean. Beraz, eremu elektrikoaren kitzikapenaren ondorioz kargen azelerazioa eta kable-inpedantziaren etendura edo kurba leunaren ondorioz kargen dezelerazioa dira erradiazio elektromagnetikoa sortzeko mekanismoak. Korronte-dentsitatea (Jc) eta karga-dentsitatea (qv) Maxwellen ekuazioetan iturri-terminoak diren arren, karga kantitate oinarrizkoagotzat hartzen da, batez ere eremu iragankorretarako. Erradiazioaren azalpen hau batez ere egoera iragankorretarako erabiltzen den arren, egoera egonkorreko erradiazioa azaltzeko ere erabil daiteke.
Hainbat bikain gomendatuantena produktuakfabrikatuaRFMISO:
RM-TCR406.4
RM-BCA082-4 (0,8-2 GHz)
RM-SWA910-22 (9-10GHz)
2. Bi hariko erradiazioa
Konektatu tentsio iturri bat antena batera konektatutako bi eroaleko transmisio-linea batera, 3(a) irudian erakusten den bezala. Bi hariko lineari tentsioa aplikatzeak eremu elektriko bat sortzen du eroaleen artean. Eremu elektriko-lerroek eroale bakoitzari konektatutako elektroi askeengan eragiten dute (atomoetatik erraz bereizten direnak) eta mugitzera behartzen dituzte. Kargen mugimenduak korrontea sortzen du, eta horrek, aldi berean, eremu magnetiko bat sortzen du.
3. irudia
Onartu dugu eremu elektrikoaren lerroak karga positiboekin hasten direla eta karga negatiboekin amaitzen direla. Noski, karga positiboekin ere hasi eta infinituan amaitu daitezke; edo infinituan hasi eta karga negatiboekin amaitu; edo kargarik gabe ez hasten ez amaitzen diren begizta itxiak osa ditzakete. Eremu magnetikoaren lerroek beti begizta itxiak osatzen dituzte korrontea garraiatzen duten eroaleen inguruan, fisikan ez baitago karga magnetikorik. Formula matematiko batzuetan, karga magnetiko eta korronte magnetiko baliokideak sartzen dira potentzia- eta iturri magnetikoak dituzten irtenbideen arteko dualtasuna erakusteko.
Bi eroaleen artean marraztutako eremu elektriko-lerroek kargaren banaketa erakusten laguntzen dute. Tentsio-iturria sinusoidala dela suposatzen badugu, eroaleen arteko eremu elektrikoa ere sinusoidala izatea espero dugu, iturriaren berdina den periodoarekin. Eremu elektrikoaren intentsitatearen magnitude erlatiboa eremu elektriko-lerroen dentsitateak adierazten du, eta geziek norabide erlatiboa adierazten dute (positiboa edo negatiboa). Eroaleen artean denboran aldatzen diren eremu elektriko eta magnetikoen sorrerak transmisio-lerroan zehar hedatzen den uhin elektromagnetiko bat sortzen du, 3(a) irudian erakusten den bezala. Uhin elektromagnetikoa antenan sartzen da kargarekin eta dagokion korrontearekin. Antena-egituraren zati bat kentzen badugu, 3(b) irudian erakusten den bezala, espazio libreko uhin bat sor daiteke eremu elektriko-lerroen mutur irekiak "konektatuz" (puntu-lerroek erakusten dutena). Espazio libreko uhin hori ere periodikoa da, baina fase konstanteko P0 puntua argiaren abiaduran kanporantz mugitzen da eta λ/2 distantzia bat egiten du (P1-raino) denbora-tarte erdian. Antenaren ondoan, fase konstanteko P0 puntua argiaren abiadura baino azkarrago mugitzen da eta antenatik urrun dauden puntuetan argiaren abiadurara hurbiltzen da. 4. irudiak λ∕2 antenaren espazio libreko eremu elektrikoaren banaketa erakusten du t = 0, t/8, t/4 eta 3T/8 puntuetan.
4. irudia λ∕2 antenaren eremu elektrikoaren banaketa espazio librean t = 0, t/8, t/4 eta 3T/8 puntuetan
Ez dakigu nola bereizten diren gidatutako uhinak antenatik eta nola sortzen diren azkenean espazio librean hedatzeko. Gidatu eta espazio libreko uhinak ur-uhinekin konpara ditzakegu, eta uhin horiek ur-masa lasai batean eroritako harri batek edo beste modu batzuek eragin ditzakete. Uretan gertatzen den asaldura hasten denean, ur-uhinak sortzen dira eta kanporantz hedatzen hasten dira. Asaldura gelditu arren, uhinak ez dira gelditzen, aurrera hedatzen jarraitzen baitute. Asaldurak irauten badu, uhin berriak etengabe sortzen dira, eta uhin horien hedapena beste uhinen atzetik doa.
Gauza bera gertatzen da asaldura elektrikoek sortutako uhin elektromagnetikoekin. Iturburutik datorren hasierako asaldura elektrikoa iraupen laburrekoa bada, sortutako uhin elektromagnetikoak transmisio-lerroaren barruan hedatzen dira, gero antenan sartzen dira eta azkenean espazio libreko uhin gisa erradiatzen dira, kitzikapena jada ez egon arren (ur-uhinak eta haiek sortutako asaldura bezala). Asaldura elektrikoa jarraitua bada, uhin elektromagnetikoak etengabe existitzen dira eta haien atzetik jarraitzen dute hedapenean zehar, 5. irudian erakusten den antena bikonikoan ikusten den bezala. Uhin elektromagnetikoak transmisio-lerroen eta antenen barruan daudenean, haien existentzia eroalearen barruko karga elektrikoaren existentziarekin lotuta dago. Hala ere, uhinak erradiatzen direnean, begizta itxi bat osatzen dute eta ez dago kargarik haien existentzia mantentzeko. Horrek ondorio honetara garamatza:
Eremuaren kitzikapenak kargaren azelerazioa eta dezelerazioa eskatzen ditu, baina eremua mantentzeko ez du kargaren azelerazio eta dezeleraziorik behar.
5. irudia
3. Dipolo erradiazioa
Eremu elektrikoaren lerroak antenatik askatzen diren eta espazio libreko uhinak sortzen dituzten mekanismoa azaltzen saiatzen gara, eta dipolo antena hartzen dugu adibide gisa. Azalpen sinplifikatua den arren, espazio libreko uhinen sorrera intuitiboki ikusteko aukera ere ematen du. 6(a) irudiak dipoloaren bi besoen artean sortzen diren eremu elektrikoaren lerroak erakusten ditu, zikloaren lehen laurdenean eremu elektrikoaren lerroak λ∕4 kanporantz mugitzen direnean. Adibide honetarako, demagun sortutako eremu elektrikoaren lerro kopurua 3 dela. Zikloaren hurrengo laurdenean, hasierako hiru eremu elektrikoaren lerroek beste λ∕4 mugitzen dute (hasierako puntutik λ∕2 guztira), eta eroalearen karga-dentsitatea gutxitzen hasten da. Kontrako kargak sartuz sortzen dela kontsidera daiteke, eta hauek zikloaren lehen erdiaren amaieran eroalearen kargak ezeztatzen dituzte. Kontrako kargek sortutako eremu elektrikoaren lerroak 3 dira eta λ∕4 distantzia mugitzen dira, eta hori 6(b) irudiko puntu-lerroek adierazten dute.
Azken emaitza da hiru beheranzko eremu elektriko-lerro daudela lehenengo λ∕4 distantzian eta goranzko eremu elektriko-lerro kopuru bera bigarren λ∕4 distantzian. Antenan karga garbirik ez dagoenez, eremu elektriko-lerroak eroaletik bereiztera eta elkartzera behartu behar dira begizta itxi bat osatzeko. Hau 6(c) irudian erakusten da. Bigarren zatian, prozesu fisiko bera jarraitzen da, baina kontuan izan norabidea kontrakoa dela. Ondoren, prozesua errepikatu egiten da eta mugagabe jarraitzen du, 4. irudiaren antzeko eremu elektriko-banaketa bat osatuz.
6. irudia
Antenei buruz gehiago jakiteko, bisitatu:
Argitaratze data: 2024ko ekainaren 20a
