जेव्हाअँटेनालोकांना सर्वात जास्त सतावणारा प्रश्न म्हणजे, "प्रत्यक्षात विकिरण कसे साधले जाते?" सिग्नल स्रोताद्वारे निर्माण झालेले विद्युतचुंबकीय क्षेत्र ट्रान्समिशन लाइनमधून आणि अँटेनाच्या आतून कसे प्रसारित होते, आणि शेवटी मुक्त अवकाश तरंग तयार करण्यासाठी अँटेनापासून कसे "वेगळे" होते.
१. एकल तार विकिरण
आकृती 1 मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, a छेद क्षेत्रफळ आणि V घनफळ असलेल्या गोलाकार तारेमध्ये qv (कूलॉम्ब/मी³) मध्ये व्यक्त केलेली चार्ज घनता एकसमान वितरीत केली आहे असे मानूया.
आकृती १
V आकारमानातील एकूण प्रभार Q, z दिशेने Vz (m/s) या एकसमान गतीने गतिमान आहे. तारेच्या आडव्या छेदावरील विद्युत प्रवाह घनता Jz ही खालीलप्रमाणे आहे हे सिद्ध करता येते:
Jz = qv vz (1)
जर तार आदर्श वाहकाची बनलेली असेल, तर तारेच्या पृष्ठभागावरील विद्युत प्रवाह घनता Js ही असते:
Js = qs vz (2)
येथे qs ही पृष्ठभागावरील विद्युत प्रभार घनता आहे. जर तार खूप पातळ असेल (आदर्शपणे, त्रिज्या 0 असते), तर तारेतील विद्युत प्रवाह खालीलप्रमाणे व्यक्त केला जाऊ शकतो:
Iz = ql vz (3)
येथे ql (कूलॉम्ब/मीटर) म्हणजे प्रति एकक लांबीचा प्रभार आहे.
आपण प्रामुख्याने पातळ तारांशी संबंधित आहोत, आणि हे निष्कर्ष वरील तीन प्रकरणांना लागू होतात. जर विद्युत प्रवाह वेळेनुसार बदलणारा असेल, तर सूत्र (3) चे वेळेच्या संदर्भात अवकलन खालीलप्रमाणे आहे:
(४)
az हे चार्जचे त्वरण आहे. जर तारेची लांबी l असेल, तर (4) खालीलप्रमाणे लिहिले जाऊ शकते:
(५)
समीकरण (5) हे विद्युत प्रवाह आणि प्रभार यांच्यातील मूलभूत संबंध आहे, तसेच विद्युत चुंबकीय प्रारणाचाही मूलभूत संबंध आहे. सोप्या भाषेत सांगायचे झाल्यास, प्रारण निर्माण करण्यासाठी, कालानुसार बदलणारा विद्युत प्रवाह किंवा प्रभाराचे त्वरण (किंवा मंदन) असणे आवश्यक आहे. आपण सामान्यतः काल-सुसंवादी (time-harmonic) अनुप्रयोगांमध्ये विद्युत प्रवाहाचा उल्लेख करतो आणि क्षणिक (transient) अनुप्रयोगांमध्ये प्रभाराचा उल्लेख बहुतेकदा केला जातो. प्रभाराचे त्वरण (किंवा मंदन) निर्माण करण्यासाठी, तार वाकलेली, दुमडलेली आणि खंडित असणे आवश्यक आहे. जेव्हा प्रभार काल-सुसंवादी गतीमध्ये दोलन करतो, तेव्हा तो नियतकालिक प्रभार त्वरण (किंवा मंदन) किंवा कालानुसार बदलणारा विद्युत प्रवाह देखील निर्माण करतो. म्हणून:
१) जर विद्युत प्रभार हलला नाही, तर विद्युत प्रवाह होणार नाही आणि प्रारणही होणार नाही.
२) जर प्रभार स्थिर गतीने फिरत असेल तर:
अ. जर तार सरळ आणि अनंत लांबीची असेल, तर किरणोत्सर्ग होत नाही.
b. आकृती 2 मध्ये दाखवल्याप्रमाणे तार वाकलेली, दुमडलेली किंवा खंडित असल्यास, विकिरण होते.
३) जर विद्युत प्रभार कालांतराने दोलन करत असेल, तर तार सरळ असली तरीही विद्युत प्रभार उत्सर्जित होईल.
आकृती २
आकृती २(ड) मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, एका उघड्या तारेला जोडलेल्या स्पंदित स्रोताचे निरीक्षण करून प्रारण यंत्रणेची गुणात्मक समज मिळवता येते, ज्या तारेला तिच्या उघड्या टोकाला एका भाराद्वारे भू-संलग्न (ग्राउंड) केले जाऊ शकते. जेव्हा तारेला सुरुवातीला ऊर्जा दिली जाते, तेव्हा स्रोताद्वारे निर्माण झालेल्या विद्युत क्षेत्र रेषांमुळे तारेतील प्रभार (मुक्त इलेक्ट्रॉन) गतिमान होतात. तारेच्या स्रोत-टोकाला प्रभारांना प्रवेग मिळतो आणि त्याच टोकावर परावर्तित झाल्यावर त्यांचा वेग मंदावतो (मूळ गतीच्या सापेक्ष ऋण प्रवेग), त्यामुळे तारेच्या टोकांवर आणि उर्वरित भागावर एक प्रारण क्षेत्र निर्माण होते. प्रभारांचा प्रवेग एका बाह्य बल स्रोताद्वारे साधला जातो, जो प्रभारांना गतिमान करतो आणि संबंधित प्रारण क्षेत्र निर्माण करतो. तारेच्या टोकांवर प्रभारांचा मंदावण्याचा परिणाम प्रेरित क्षेत्राशी संबंधित अंतर्गत बलांद्वारे साधला जातो, जे तारेच्या टोकांवर केंद्रित प्रभारांच्या संचयनामुळे निर्माण होते. तारेच्या टोकांवर प्रभारांचा वेग शून्यावर येत असल्यामुळे, या संचयनातून अंतर्गत बलांना ऊर्जा मिळते. म्हणून, विद्युत क्षेत्राच्या उत्तेजनामुळे प्रभारांचे प्रवेग आणि तारेच्या प्रतिबाधामधील विच्छिन्नता किंवा गुळगुळीत वक्रामुळे प्रभारांचे मंदन, या विद्युत चुंबकीय प्रारणाच्या निर्मितीमागील यंत्रणा आहेत. जरी विद्युत प्रवाह घनता (Jc) आणि प्रभार घनता (qv) दोन्ही मॅक्सवेलच्या समीकरणांमधील स्रोत पदे असली तरी, प्रभार ही अधिक मूलभूत राशी मानली जाते, विशेषतः क्षणिक क्षेत्रांसाठी. प्रारणाचे हे स्पष्टीकरण जरी प्रामुख्याने क्षणिक अवस्थांसाठी वापरले जात असले तरी, त्याचा उपयोग स्थिर-अवस्थेतील प्रारण स्पष्ट करण्यासाठी देखील केला जाऊ शकतो.
अनेक उत्कृष्ट गोष्टींची शिफारस कराअँटेना उत्पादनेद्वारे उत्पादितआरएफएमआयएसओ:
२. द्वितारी विकिरण
आकृती ३(अ) मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, अँटेनाला जोडलेल्या दोन-वाहक ट्रान्समिशन लाइनला व्होल्टेज स्रोत जोडा. दोन-तारी लाइनला व्होल्टेज लावल्याने वाहकांमध्ये विद्युत क्षेत्र निर्माण होते. विद्युत क्षेत्र रेषा प्रत्येक वाहकाला जोडलेल्या मुक्त इलेक्ट्रॉन्सवर (जे अणूंपासून सहज वेगळे होतात) कार्य करतात आणि त्यांना हालचाल करण्यास भाग पाडतात. विद्युत प्रभारांच्या हालचालीमुळे विद्युत प्रवाह निर्माण होतो, ज्यामुळे पुढे चुंबकीय क्षेत्र निर्माण होते.
आकृती ३
आपण हे मान्य केले आहे की विद्युत क्षेत्र रेषा धन प्रभारांपासून सुरू होतात आणि ऋण प्रभारांवर संपतात. अर्थात, त्या धन प्रभारांपासून सुरू होऊन अनंतावरही संपू शकतात; किंवा अनंतावर सुरू होऊन ऋण प्रभारांवर संपू शकतात; किंवा अशा बंद कड्या तयार करू शकतात ज्या कोणत्याही प्रभारांपासून सुरू होत नाहीत किंवा संपत नाहीत. चुंबकीय क्षेत्र रेषा विद्युत प्रवाह वाहणाऱ्या वाहकांभोवती नेहमी बंद कड्या तयार करतात, कारण भौतिकशास्त्रात चुंबकीय प्रभार अस्तित्वात नसतात. काही गणितीय सूत्रांमध्ये, ऊर्जा आणि चुंबकीय स्रोतांचा समावेश असलेल्या उकलांमधील द्वैतता दर्शवण्यासाठी समतुल्य चुंबकीय प्रभार आणि चुंबकीय प्रवाह सादर केले जातात.
दोन वाहकांमध्ये काढलेल्या विद्युत क्षेत्र रेषा विद्युत प्रभाराचे वितरण दर्शविण्यास मदत करतात. जर आपण असे गृहीत धरले की व्होल्टेज स्रोत साइनोसायडल आहे, तर वाहकांमधील विद्युत क्षेत्र देखील स्रोताच्या आवर्तनाइतके साइनोसायडल असेल अशी अपेक्षा असते. विद्युत क्षेत्राच्या तीव्रतेचे सापेक्ष परिमाण विद्युत क्षेत्र रेषांच्या घनतेद्वारे दर्शविले जाते आणि बाण सापेक्ष दिशा (धन किंवा ऋण) दर्शवतात. वाहकांमध्ये वेळोवेळी बदलणाऱ्या विद्युत आणि चुंबकीय क्षेत्रांच्या निर्मितीमुळे एक विद्युत चुंबकीय तरंग तयार होतो, जो ट्रान्समिशन लाइनच्या दिशेने पसरतो, जसे की आकृती ३(अ) मध्ये दाखवले आहे. हा विद्युत चुंबकीय तरंग प्रभार आणि संबंधित विद्युत प्रवाहासह अँटेनामध्ये प्रवेश करतो. जर आपण अँटेनाच्या रचनेचा काही भाग काढला, जसे की आकृती ३(ब) मध्ये दाखवले आहे, तर विद्युत क्षेत्र रेषांची उघडी टोके (तुटक रेषांनी दर्शविलेली) "जोडून" एक मुक्त-अवकाश तरंग तयार होऊ शकतो. हा मुक्त-अवकाश तरंग देखील नियतकालिक असतो, परंतु स्थिर-कला बिंदू P0 प्रकाशाच्या वेगाने बाहेरच्या दिशेने सरकतो आणि अर्ध्या आवर्तनकाळात λ/2 (P1 पर्यंत) अंतर पार करतो. अँटेनाच्या जवळ, स्थिर-कला बिंदू P0 प्रकाशाच्या वेगापेक्षा जास्त वेगाने फिरतो आणि अँटेनापासून दूर असलेल्या बिंदूंवर प्रकाशाच्या वेगाजवळ पोहोचतो. आकृती ४ मध्ये t = 0, t/8, t/4, आणि 3T/8 या वेळेस λ/2 अँटेनाचे मुक्त-अवकाश विद्युत क्षेत्राचे वितरण दाखवले आहे.
आकृती ४ t = 0, t/8, t/4 आणि 3T/8 वेळी λ/2 अँटेनाच्या मुक्त अवकाशातील विद्युत क्षेत्राचे वितरण
अँटेनापासून मार्गदर्शित लहरी कशा वेगळ्या होतात आणि अखेरीस मोकळ्या अवकाशात प्रसारित होण्यासाठी कशा तयार होतात, हे अज्ञात आहे. आपण मार्गदर्शित आणि मोकळ्या अवकाशातील लहरींची तुलना पाण्याच्या लहरींशी करू शकतो, ज्या शांत पाण्यात दगड टाकल्याने किंवा इतर मार्गांनी निर्माण होऊ शकतात. एकदा पाण्यात खळबळ सुरू झाली की, पाण्याच्या लहरी निर्माण होतात आणि बाहेरच्या दिशेने पसरू लागतात. जरी खळबळ थांबली, तरी लहरी थांबत नाहीत, उलट त्या पुढे पसरत राहतात. जर खळबळ कायम राहिली, तर नवीन लहरी सतत निर्माण होतात आणि या लहरींचा प्रसार इतर लहरींच्या तुलनेत मागे राहतो.
विद्युत व्यत्ययांमुळे निर्माण होणाऱ्या विद्युत चुंबकीय लहरींच्या बाबतीतही हेच खरे आहे. जर स्रोताकडून आलेला सुरुवातीचा विद्युत व्यत्यय अल्प कालावधीचा असेल, तर निर्माण झालेल्या विद्युत चुंबकीय लहरी ट्रान्समिशन लाईनच्या आतून प्रवास करतात, नंतर अँटेनामध्ये प्रवेश करतात आणि शेवटी मुक्त अवकाशातील लहरी म्हणून उत्सर्जित होतात, जरी तो व्यत्यय आता अस्तित्वात नसला तरीही (अगदी पाण्याच्या लाटा आणि त्यांनी निर्माण केलेल्या व्यत्ययाप्रमाणे). जर विद्युत व्यत्यय सतत असेल, तर विद्युत चुंबकीय लहरी सतत अस्तित्वात राहतात आणि प्रसारणादरम्यान त्यांच्या अगदी मागे राहतात, जसे आकृती ५ मध्ये दाखवलेल्या बायकोनिकल अँटेनामध्ये दिसते. जेव्हा विद्युत चुंबकीय लहरी ट्रान्समिशन लाईन्स आणि अँटेनाच्या आत असतात, तेव्हा त्यांचे अस्तित्व वाहकाच्या आत असलेल्या विद्युत प्रभाराच्या अस्तित्वाशी संबंधित असते. तथापि, जेव्हा लहरी उत्सर्जित होतात, तेव्हा त्या एक बंद कडी तयार करतात आणि त्यांचे अस्तित्व टिकवून ठेवण्यासाठी कोणताही प्रभार शिल्लक राहत नाही. यावरून आपण असा निष्कर्ष काढतो की:
क्षेत्राच्या उत्तेजनासाठी प्रभाराचे प्रवेग आणि मंदन आवश्यक असते, परंतु क्षेत्राचे जतन करण्यासाठी प्रभाराचे प्रवेग आणि मंदन आवश्यक नसते.
आकृती ५
३. डायपोल रेडिएशन
विद्युत क्षेत्र रेषा अँटेनापासून कशा तुटून मुक्त-अवकाश लहरी तयार करतात, ही प्रक्रिया आम्ही डायपोल अँटेनाच्या उदाहरणाद्वारे स्पष्ट करण्याचा प्रयत्न करतो. जरी हे एक सोपे स्पष्टीकरण असले तरी, ते लोकांना मुक्त-अवकाश लहरींची निर्मिती सहजपणे पाहण्यास सक्षम करते. आकृती 6(a) मध्ये, चक्राच्या पहिल्या चतुर्थांश भागात विद्युत क्षेत्र रेषा λ/4 ने बाहेरच्या दिशेने सरकल्यावर डायपोलच्या दोन भुजांमध्ये निर्माण झालेल्या विद्युत क्षेत्र रेषा दर्शविल्या आहेत. या उदाहरणासाठी, आपण असे मानूया की तयार झालेल्या विद्युत क्षेत्र रेषांची संख्या 3 आहे. चक्राच्या पुढील चतुर्थांश भागात, मूळ तीन विद्युत क्षेत्र रेषा आणखी λ/4 (सुरुवातीच्या बिंदूपासून एकूण λ/2) सरकतात आणि वाहकावरील प्रभार घनता कमी होऊ लागते. हे विरुद्ध प्रभारांच्या प्रवेशामुळे तयार होते असे मानले जाऊ शकते, जे चक्राच्या पहिल्या अर्ध्या भागाच्या शेवटी वाहकावरील प्रभारांना रद्द करतात. विरुद्ध चार्जमुळे निर्माण होणाऱ्या विद्युत क्षेत्र रेषा 3 आहेत आणि त्या λ/4 अंतर पार करतात, जे आकृती 6(b) मध्ये तुटक रेषांनी दर्शविले आहे.
अंतिम परिणाम असा आहे की पहिल्या λ/4 अंतरात तीन खालील विद्युत क्षेत्र रेषा आणि दुसऱ्या λ/4 अंतरात तितक्याच वरच्या विद्युत क्षेत्र रेषा असतात. अँटेनावर कोणताही निव्वळ प्रभार नसल्यामुळे, विद्युत क्षेत्र रेषांना वाहकापासून वेगळे होऊन एकत्र येऊन एक बंद कडी तयार करण्यास भाग पाडले जाते. हे आकृती 6(c) मध्ये दाखवले आहे. दुसऱ्या भागात, तीच भौतिक प्रक्रिया अवलंबली जाते, परंतु लक्षात घ्या की दिशा विरुद्ध असते. त्यानंतर, ही प्रक्रिया पुन्हा पुन्हा होते आणि अनिश्चित काळासाठी चालू राहते, ज्यामुळे आकृती 4 सारखे विद्युत क्षेत्राचे वितरण तयार होते.
आकृती ६
अँटेनांबद्दल अधिक जाणून घेण्यासाठी, कृपया येथे भेट द्या:
पोस्ट करण्याची वेळ: २० जून २०२४

