طرز کار آنتن(1)

هدف درس:

در مطلب قبل، مقدمه ای کلی راجع به آنتن و اصول اولیه کار کردن آن گفتیم. در این مطلب به سوالات زیر پاسخ می دهیم:

1) آنتن به چه صورت سیگنال ها را جمع کرده و آن ها را تبدیل به اطلاعات مفید می کند؟
2) مسیر جریان برای سیگنال های فرستاده شده یا گرفته شده در آنتن چگونه است؟
3) چرا آنتن ها شکل های متفاوتی دارند؟
و....

شرح درس:

بهتر است برای فهم بیشتر مطلب قبلی و این مطلب، مدارهای الکتریکی و اصول اولیه امواج الکترومغناطیس را دوباره مرور کنید.

نه بارهای ساکن و نه جریان ثابت هیچ کدام نمی توانند موج های الکترومغناطیسی تولید کنند. اما اگر جریانی که با گذشت زمان، مقدار آن عوض می شود (جریان متناوب) و از داخل یک سیم عبور کند، می تواند تابش الکترومغناطیسی تولید کند.

دلیل اصلی تابش الکترومغناطیسی از چنین سیمی، شتاب ذره باردار است. وقتی ذره باردار، شتاب بگیرد، باید انرژی تابش کند.

آنتن چگونه سیگنال ها را دریافت و تحلیل می کند؟

آنتن ها دو کار مهم انجام می دهند:

1- تبدیل امواج الکترومغناطیسی به ولتاژ و جریان مورد استفاده در یک مدار.
2- تبدیل ولتاژ و جریان به امواج الکترومغناطیسی که به فضای اطراف فرستاده شوند.

بر حسب این که چه نوع میدانی باید توسط آنتن شناسایی شود، آنتن شکل منطبق با آن را باید داشته باشد، به عنوان مثال طبق شکل های بالا اگر آنتنی برای جمع آوری اطلاعات میدان الکتریکی طراحی شده باشد، باید از میله و صفحه هایی تخت ساخته شود. اما اگر آنتنی برای جمع آوری اطلاعات میدان مغناطیسی طراحی شود، باید از حلقه هایی از سیم در ساخت آن استفاده کرد.

هنگامی که میدان الکتریکی خاصی در فضا (بر حسب ولت بر متر) به آنتن یک ماشین برخورد می کند، ولتاژی را در طول آنتن نسبت به سطح زمین ایجاد می کند. گیرنده رادیو، ولتاژ بین آنتن و سطح زمین را آشکار سازی کرده و موجی خاص دریافت می شود.

مطابق شکل بالا یک ولتاژ متناوب به سیم های آنتن وصل می کنیم. این ولتاژ متناوب باعث می شود بار الکتریکی درون میله آنتن نوسان کند. این یک روش رایج برای شتاب دادن بارهاست و منبع امواج رادیویی منتشر شده از آنتن های فرستنده در یک ایستگاه رادیویی است.

دو میله فلزی به یک ژنراتور (مولد) متصلند که ولتاژ متناوب سینوسی تولید می کند و باعث نوسان بارهای درون میله ها می شود. در لحظه t=0 و قسمت (a)، بیشترین بار مثبت به میله بالایی داده می شود و همان مقدار بار منفی به میله پایینی می رسد.

میدان الکتریکی نزدیک آنتن در لحظه t=0 را در قسمت (a) می بینید. وقتی مقدار بارهای مثبت و منفی با گذشت زمان کم می شود، میله ها هم کمتر باردار می شوند و به همان اندازه قدرت میدان الکتریکی نزدیک میله ها کاهش می یابد.

وقتی بار روی میله ها به صفر برسد، میدان الکتریکی در اطراف میله نیز به صفر میل می کند. در قسمت (b) این نتیجه را می بینید که در زمان t=T/4 اتفاق می افتد.

میدان الکتریکی نزدیک آنتن با نوسان بارها هم فاز است و مقدار میدان در هر نقطه ای به مقدار بار روی میله ها وابسته است.

قسمت (c) و (d) نیز شبیه قسمت های قبل است با این تفاوت که بارهای وارد شده به میله ها جای خود را عوض می کنند. با گذشت زمان که بارها نوسان می کنند و شتاب می گیرند، میدان الکتریکی نزدیک آنتن نیز با سرعت نور از آنتن دور می شود. یک دور کامل نوسان بار، باعث تولید یک طول موج در نمودار میدان الکتریکی می شود.