Quandu si tratta diantenne, a quistione chì a ghjente hè più preoccupata hè "Cumu hè veramente a radiazione? Cumu si propaga u campu elettromagneticu generatu da a fonte di u signale attraversu a linea di trasmissione è in l'internu di l'antenna, è infine "separate" da l'antenna per furmà una onda spaziale libera.
1. Radiazione unicu filu
Assumimu chì a densità di carica, espressa cum'è qv (Coulomb/m3), hè distribuitu uniformemente in un filu circulare cù una sezione trasversale di a è un voluminu di V, cum'è mostra in Figura 1.
Figura 1
A carica tutale Q in u voluminu V si move in a direzzione z à una velocità uniforme Vz (m/s). Pò esse pruvatu chì a densità di corrente Jz nantu à a sezione trasversale di u filu hè:
Jz = qv vz （1）
Se u filu hè fattu di un cunduttore ideale, a densità di corrente Js nantu à a superficia di u filu hè:
Js = qs vz （2）
Induve qs hè a densità di carica superficiale. Se u filu hè assai magre (idealmente, u raghju hè 0), u currente in u filu pò esse spressione cum'è:
Iz = ql vz (3)
Induve ql (coulomb/meter) hè a carica per unità di lunghezza.
Semu principarmenti preoccupati di fili sottili, è e cunclusioni s'applicanu à i trè casi sopra. Se u currente varia in u tempu, a derivativa di a formula (3) in quantu à u tempu hè a siguenti:
(4)
az hè l'accelerazione di carica. Se a lunghezza di u filu hè l, (4) pò esse scrittu cusì:
(5)
L'equazione (5) hè a relazione basica trà u currente è a carica, è ancu a relazione basica di a radiazione elettromagnetica. Bastamente, per pruduce a radiazione, deve esse un currente chì varia in u tempu o accelerazione (o decelerazione) di carica. Di solitu mencione l'attuali in l'applicazioni armoniche di u tempu, è a carica hè più spessu citata in l'applicazioni transitori. Per pruduce l'accelerazione di carica (o decelerazione), u filu deve esse curvatu, plegatu è discontinuu. Quandu a carica oscillate in u muvimentu armonicu di u tempu, pruducerà ancu una accelerazione di carica periodica (o decelerazione) o un currente chì varia in u tempu. Dunque:
1) Se a carica ùn si move micca, ùn ci sarà nè currente nè radiazione.
2) Se a carica si move à una velocità constante:
a. Se u filu hè drittu è infinitu in lunghezza, ùn ci hè micca radiazione.
b. Se u filu hè piegatu, plegatu o discontinuu, cum'è mostra in a Figura 2, ci hè radiazione.
3) Se a carica oscilla in u tempu, a carica radiarà ancu s'è u filu hè drittu.
Figura 2
Una comprensione qualitativa di u mecanismu di radiazione pò esse ottenuta fighjendu una fonte pulsata cunnessa à un filu apertu chì pò esse messe à terra per una carica à a so estremità aperta, cum'è mostra in Figura 2 (d). Quandu u filu hè inizialmente energizatu, i carichi (elettroni liberi) in u filu sò messi in muvimentu da e linee di campu elettricu generate da a fonte. Siccomu i carichi sò accelerati à l'estremità fonte di u filu è decelerated (accelerazione negativa relative à u muvimentu originale) quandu si riflette à a so fine, un campu di radiazione hè generatu à e so estremità è longu u restu di u filu. L'accelerazione di e carichi hè realizatu da una fonte esterna di forza chì mette i carichi in muvimentu è pruduce u campu di radiazione assuciatu. A decelerazione di i carichi à l'estremità di u filu hè realizatu da e forze internu assuciate cù u campu induvatu, chì hè causatu da l'accumulazione di carichi cuncentrati à l'estremità di u filu. E forze internu guadagnanu energia da l'accumulazione di carica cum'è a so velocità diminuite à zero à l'estremità di u filu. Dunque, l'accelerazione di i carichi per l'excitazione di u campu elettricu è a decelerazione di e carichi per a discontinuità o a curva liscia di l'impedenza di u filu sò i miccanismi per a generazione di radiazioni elettromagnetiche. Ancu se a densità di corrente (Jc) è a densità di carica (qv) sò termini fonte in l'equazioni di Maxwell, a carica hè cunsiderata cum'è una quantità più fundamentale, in particulare per i campi transitori. Ancu s'è sta spiegazione di a radiazione hè principarmenti utilizata per i stati transitori, pò ancu esse usata per spiegà a radiazione di u statu fermu.
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2. Radiazione di dui fili
Cunnette una fonte di tensione à una linea di trasmissione di dui cunduttori cunnessa à una antenna, cum'è mostra in Figura 3 (a). L'applicazione di tensione à a linea di dui fili genera un campu elettricu trà i cunduttori. I linii di u campu elettricu agiscenu nantu à l'elettroni liberi (siparati facilmente da l'atomi) cunnessi à ogni cunduttore è u forzanu à spustà. U muvimentu di carichi genera corrente, chì à u turnu genera un campu magneticu.
Figura 3
Avemu accettatu chì e linee di campu elettricu cumincianu cù carichi pusitivi è finiscinu cù carichi negativi. Di sicuru, ponu ancu principià cù carichi pusitivi è finiscinu à l'infinitu; o cumincianu à l'infinitu è finiscinu cù carichi negativi; o formanu cicli chjusi chì ùn principianu nè finiscinu cù alcuna carica. E linee di campu magneticu formanu sempre loops chjusi intornu à i cunduttori chì portanu corrente perchè ùn ci sò micca carichi magnetichi in fisica. In certi formule matematiche, i carichi magnetichi equivalenti è i currenti magnetichi sò intrudutti per dimustrà a dualità trà e soluzioni chì implicanu u putere è e fonti magnetichi.
I linii di u campu elettricu tracciati trà dui cunduttori aiutanu à vede a distribuzione di carica. Se assumemu chì a fonte di tensione hè sinusoidale, aspettemu chì u campu elettricu trà i cunduttori sia ancu sinusoidale cù un periodu uguale à quellu di a fonte. A magnitudine relative di a forza di u campu elettricu hè rapprisintata da a densità di e linee di u campu elettricu, è e frecce indicanu a direzzione relativa (pusitiva o negativa). A generazione di campi elettrici è magnetichi chì varianu in u tempu trà i cunduttori forma una onda elettromagnetica chì si propaga longu a linea di trasmissione, cum'è mostra in Figura 3 (a). L'onda elettromagnetica entra in l'antenna cù a carica è u currente currispundente. Se sguassemu una parte di a struttura di l'antenna, cum'è mostra in a Figura 3 (b), una onda di u spaziu liberu pò esse furmata da "cunnessu" l'estremità aperte di e linee di u campu elettricu (mostratu da e linee punteggiate). L'onda di u spaziu liberu hè ancu periodica, ma u puntu di fase constante P0 si move à l'esterno à a velocità di a luce è viaghja una distanza di λ/2 (à P1) in a mità di tempu. Vicinu à l'antenna, u puntu di fase custante P0 si move più veloce di a velocità di a luce è si avvicina à a velocità di a luce in punti luntanu da l'antenna. La figure 4 illustre la distribution du champ électrique dans l'espace libre de l'antenne λ∕2 à t = 0, t/8, t/4 et 3T/8.
Figure 4 Distribution du champ électrique dans l'espace libre de l'antenne λ∕2 à t = 0, t/8, t/4 et 3T/8
Ùn hè micca cunnisciutu cumu l'onda guidata sò siparati da l'antenna è eventualmente formate per propagate in u spaziu liberu. Pudemu paragunà l'onda spaziale guidata è libera à l'onda d'acqua, chì pò esse causata da una petra cascata in un corpu calmu d'acqua o in altri modi. Quandu u disturbu in l'acqua principia, l'onda d'acqua sò generati è cumincianu à propagate fora. Ancu s'è u disturbu si ferma, l'onda ùn si ferma, ma cuntinueghja à prupagarià in avanti. Se u disturbu persiste, novi onde sò constantemente generati, è a propagazione di queste onde si trova in daretu à l'altri onde.
U stessu hè veru per l'onda elettromagnetica generata da disturbi elettrici. Se u disturbu elettricu iniziale da a fonte hè di corta durata, l'onda elettromagnetica generata si propaganu à l'internu di a linea di trasmissione, poi entra in l'antenna, è infine irradianu cum'è onde di spaziu liberu, ancu s'è l'eccitazione ùn hè più presente (cum'è l'onda d'acqua). è u disturbu chì anu creatu). Se u disturbu elettricu hè cuntinuu, l'onde elettromagnetiche esistenu continuamente è seguitanu vicinu à elli durante a propagazione, cum'è mostra in l'antenna biconica mostrata in a Figura 5. Quandu l'onda elettromagnetica sò in e linee di trasmissione è antenne, a so esistenza hè ligata à l'esistenza di l'elettricità. carica in u cunduttore. Tuttavia, quandu l'onda sò radiati, formanu un ciclu chjusu è ùn ci hè micca carica per mantene a so esistenza. Questu ci porta à a cunclusione chì:
L'excitazione di u campu richiede l'accelerazione è a decelerazione di a carica, ma u mantenimentu di u campu ùn deve micca l'accelerazione è a decelerazione di a carica.
Figura 5
3. Radiazione Dipole
Pruvemu di spiegà u miccanisimu da quale e linee di u campu elettricu si sguassate da l'antenna è formanu onde di u spaziu liberu, è pigliate l'antenna dipole cum'è un esempiu. Ancu s'ellu hè una spiegazione simplificata, permette ancu à e persone di vede intuitivamente a generazione di onde di u spaziu liberu. La figure 6(a) montre les lignes de champ électrique générées entre les deux bras du dipole lorsque les lignes de champ électrique se déplacent vers l'extérieur de λ∕4 dans le premier quart du cycle. Per questu esempiu, supponemu chì u nùmeru di linii di campu elettricu furmatu hè 3. In u prossimu quartu di u ciculu, i trè linii di u campu elettricu originali movenu un altru λ∕4 (un totale di λ∕2 da u puntu di partenza). è a densità di carica nantu à u cunduttore principia à diminuisce. Pò esse cunsideratu cum'è furmatu da l'intruduzioni di carichi opposti, chì annullanu i carichi nantu à u cunduttore à a fine di a prima mità di u ciculu. Les lignes de champ électrique générées par les charges opposées sont 3 et se déplacent sur une distance de λ∕4, qui est représentée par les lignes pointillées dans la Figure 6(b).
Le résultat final est qu'il y a trois lignes de champ électrique descendantes dans la première distance λ∕4 et le même nombre de lignes de champ électrique ascendantes dans la seconde distance λ∕4. Siccomu ùn ci hè micca una carica netta nantu à l'antenna, i linii di u campu elettricu devenu esse furzati à separà da u cunduttore è cunghjuntà inseme per furmà un ciclu chjusu. Questu hè mostratu in a Figura 6 (c). In a seconda mità, u listessu prucessu fisicu hè seguitu, ma nutate chì a direzzione hè opposta. Dopu questu, u prucessu hè ripetutu è cuntinueghja indefinitu, furmendu una distribuzione di u campu elettricu simile à a Figura 4.
Figura 6
Per sapè di più nantu à l'antenne, visitate:
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