برچسب الکترومغناطیس - مهندسی میدان و مایکروویو

مفاهیم امواج الکترومغناطیس در آنتن ها

امواج الکترومغناطیس توسط جریان و بار متغیر با زمان به وجود می آیند. اثر متقابل و تداخل و تعامل امواج الکترومغناطیس با مواد گوناگون از شرایط مرزی قوانین ماکسول تبعیت می کند. امواج الکترومغناطیس می توانند توسط یک ساختار (خطوط انتقال) و یا فضای آزاد هدایت شوند. آنتن ساختاری است که میدان های الکترومغناطیسی را از یک منبع به سمت محیط پیرامون، و یا به صورت هم پاسخ، امواج را از محیط پیرامون به گیرنده هدایت می کنند. شکل و ابعاد آنتن انتقال از ناحیه میدان نزدیک به میدان دور را تعیین می کند.

رفتار میدان نزدیک به طور واضحی در اطراف یک آنتن کوچک دیده می شود، دیپل الکتریکی یک شیئ خازنی است:

میدان های نزدیک شامل میدان های نزدیک راکتیو، با نام میدان های نزدیک شبه استاتیک نیز شناخته می شوند، و میدان های نزدیک تشعشعی که با ناحیه فرزنل نیز شناخته می شوند. در میدان های نزدیک شبه استاتیک مشاهده می شود که میدان ها به شدت مشابه میدان های الکترواستاتیک یک دیپل شارژ شده برای یک آنتن دیپل و میدان های مغناطیسی یک دیپل مغناطیسی برای یک آنتن حلقه ای (loop antenna) هستند. در آنتن های بزرگ میدان های شبه استاتیک در نزدیک لبه های آنتن قابل مشاهده هستند.

در ناحیه فرزنل امواج به صورت مشخصی غیر صفحه ای و ممکن است دارای اختلاف فازی باشند که به صورت خطی با فاصله از آنتن تغییر نکند.

از ناحیه میدان نزدیک به سمت میدان دور، تشعشعات الکترومغناطیسی از حالت امواج کره ای به امواج صفحه ای تغییر حالت می دهند. میدان های دور معمولا ناحیه فرانهوفر نامیده می شوند.

اگر فاصله شما از آنتن بیشتر از 2d^2/lambda باشد، شما در ناحیه میدان دور قرار دارید.

حلقه کوچک در یک دیپل مغناطیسی یک شیئ مغناطیسی است.

در تمامی آنتن های کوچک به لحاظ الکتریکی (کوچکتر از یک طول موج) میدان های نزدیک در محیطی که آنتن قرار دارد، به وجود می آیند. این آنتن به همراه محیط اطرافش است که باعث تشعشع امواج الکترومغناطیس می شود. آنتن های کوچک به لحاظ الکتریکی شامل موارد زیر هستند:

قبل از اینکه به میدان های نزدیک بپردازیم، بهتر است که رفتار میدان های دور را درک کنیم. میدان های الکترومغناطیسی در ناحیه دور از منبع به صورت مسطح بوده و می توان آن ها را امواج صفحه ای در نظر گرفت. چگالی توان به صورت زیر محاسبه می شود:

Ptransmitted/Area spread out = W/m2

در ناحیه میدان دور، میدان های الکتریکی و مغناطیسی متناسب با (شعاع/1) هستند. بردار پوینتیگ (مساحت/توان) با رابطه (E cross H) بیان می شود. بنابراین چگالی توان با نسبت (2^(شعاع)/1) کاهش می یابد.

آنتن هایی که به صورت الکتریکی بزرگ هستند، منابع بسیار خوبی برای تولید امواج صفحه ای در آزمایشگاه می باشند. یک آنتن بزرگ توان را متمرکز می کند، به این عمل جهت ورزی (directivity) و یا بهره جهتی (directive gain) گفته می شود. در زیر مثال هایی از آنتن های بزرگ آورده شده است.