Comment exactement sont les ondes radio produites à partir d'un courant dans un circuit électrique lui-même génie
Je suis 17, et je suis nouveau à l'électronique, et j'ai tout appris en ligne et nous espérons continuer à le faire avec toutes les ressources. J'ai creusé autour et ne peut pas trouver des réponses concises sur cette question.
Comment exactement sont les ondes radio propagées, et comment puis-je construire une simple paire de circuits à partir de laquelle on peut envoyer les ondes radio et l'autre peut les intercepter?
J'ai lu des choses différentes dans différentes sources, et je vais les relier tous ici:
Ce que je veux faire est de faire deux circuits simples en cuivre, et de produire une onde radio que l'autre circuit va intercepter et utiliser une porte pour allumer une LED sans fil.
Cependant, je ne comprends pas exactement comment se propagent les ondes radio!
Ne vous préoccupez pas des photons à moins que vous voulez vous aventurer dans la physique quantique. Un photon est le quantum de rayonnement électromagnétique, qui est également une onde. Je n'ai pas encore trouver une application dans l'ingénierie RF où les effets quantiques sont pertinents.
Dans tous les circuits électroniques, il y a deux champs: un champ électrique et un champ magnétique. Le champ électrique est associé à des tensions, et avec des courants magnétiques.
Nous avons des composants qui font des champs électriques forts: condensateurs.
Nous avons également des composants qui font des champs magnétiques puissants: inductances.
Dans chacun de ces éléments, nous pensons à une sorte de champ comme dominant. Mais considérez ce qui se passe si l'on change rapidement le champ magnétique à travers un inducteur, par exemple en passant un puissant aimant permanent à travers elle: une tension existera entre les bornes de l'inductance. Cette tension est un champ électrique. Nous appelons cela la loi de Faraday de l'induction.
Une chose semblable peut arriver à un condensateur. Pour modifier le champ électrique, il doit y avoir un courant. Ou si vous parvenez à changer le champ électrique, vous trouverez un endroit courant. Le champ électrique manipuler l'intérieur d'un condensateur est un peu plus difficile que de laisser tomber un aimant à travers une bobine, mais si vous pouvez construire un appareil expérimental approprié, vous trouverez cela est vrai.
Ainsi, un champ électrique changeant peut créer un champ magnétique. Un champ magnétique variable peut créer un champ électrique.
Le rayonnement électromagnétique est ces deux champs créant l'autre dans l'espace libre. Le champ électrique change, ce qui crée un changement dans le champ magnétique juste en face de celui-ci, créant ainsi un changement dans le champ électrique juste en face.
Pour obtenir ces champs rayonnent loin dans l'espace libre comme celui-ci, vous devez créer à la fois, en phase, perpendiculaire à l'autre. Ceci est la raison pour laquelle un condensateur est pas une bonne antenne: il crée un fort champ électrique, mais le champ magnétique est relativement faible. Il rayonne un peu, mais surtout l'énergie est coincé dans le champ électrique, incapable de rayonner loin parce qu'il n'a pas de champ magnétique pour transporter loin du condensateur. En est de même d'un inducteur, avec le courant et la tension, magnétique et électrique échangée. Pourquoi voir une inductance pas une bonne antenne?
Les antennes sont tout simplement inducteurs ou des condensateurs qui fuient. De nombreuses antennes sont également les deux en même temps, de telle sorte que leur impédance est purement résistive à la fréquence de conception, plutôt que inductif ou capacitif. Grâce à la géométrie intelligente, ils créent des champs magnétiques et électriques perpendiculaires et en phase, qui rayonnent alors loin.
Les ondes radio sont produites lorsque le champ électrique varie rapidement: il doit y avoir un courant alternatif.
Un champ électrique se propage dans l'espace. Lorsque vous modifiez un champ électrique, les parties éloignées de celui-ci ne changent pas instantanément. Le changement est limité par la vitesse de la lumière. Si vous le champ électrique fluctuent, vous créez donc une vague.
Vous pouvez penser que l'espace étant imprégné partout par un champ électrique; votre circuit crée juste une perturbation en elle, comme perturber la surface de l'eau. La perturbation se déplace loin à la vitesse de la lumière, comme des ondulations dans un étang. Si votre circuit a juste courant continu stable qui le traverse, la perturbation se produit juste au moment où vous l'allumez et lorsque vous l'éteignez.
(En effet, l'équipement électrique provoque des interférences quand elle est activée et désactivée: des relais, des interrupteurs, la commutation des balais du moteur électrique, ou tout ce qui génère des étincelles: tous rayonnent et peuvent interférer avec la communication radio, ou avec des équipements sensibles.)
des circuits de transmission radio sont optimisés pour rayonner; ils le font délibérément des choses que les concepteurs tentent d'éviter dans les circuits qui doivent minimiser leur rayonnement (ce qui est la plupart des circuits). Les transmetteurs amplifient certains courant alternatif à haute fréquence, et de stimuler une antenne.
Les ondes radio ne sont pas expliquées jusqu'à ce que James Clerk Maxwell décrit l'électricité et le magnétisme avec ce qu'on appelle aujourd'hui les équations de Maxwell. Ils utilisent une forme de calcul vectoriel et sont loin d'être simple. Pour votre question, cela se résume à l'accélération. Un courant qui circule ne produit pas de radio. Les électrons doivent accélérer, comme aller-retour. Les électrons se déplacent à travers les fils très lentement, mais vous pouvez les secouer avant et en arrière très rapidement sur des distances très courtes avec un champ électrique alternatif, en appliquant AC au fil. Les électrons renversent la direction et rayonneront. Un champ électrique changeant produit un champ magnétique et un champ magnétique variable produit un champ électrique. Un peu comme si les champs électriques et magnétiques sont pincées hors du fil et décoller à la vitesse de la lumière.
Vous pouvez également obtenir une accélération en allant dans un cercle (changement de direction en général) et il y a des émetteurs qui fonctionnent de cette façon. Pas avec un fil en cercle, avec des électrons dans un vide va très vite dans un cercle d'un fort champ magnétique. Il y a de belles aimants qui font ce travail dans les anciens circuits du four à micro-ondes. Recherche « magnétron ».
La façon simple de démontrer la radio est de reproduire les expériences originales avec un émetteur éclateur et boucle de fil avec un petit espace pour voir une étincelle de la puissance reçue. Effectuez une recherche sur éclateurs et des ondes radio. Si vous faites une, méfiez-vous que les gens vont chercher vos expériences sur les radios AM dans toutes les directions.
Un fait surprenant de la nature est révélée par les équations de Maxwell et il est ce qui rend la radio utile pour la communication longue distance. Nous nous attendons à tout ce qui irradie dans toutes les directions pour avoir la puissance (intensité) qui diminue avec le carré de la distance - comme dans 1 / (r ^ 2). Si la détection de la radio était basée sur ce qu'il serait presque inutile. Mais, comme la puissance ne diminue avec le carré, l'amplitude est proportionnelle au carré de la puissance et diminue à mesure que 1 / r. Et il est l'amplitude du champ que nous détectons la radio (ou le mouvement induit en électrons dans une antenne filaire). Si vous êtes 1 km d'un émetteur et aller à un point à 100 km, l'amplitude du signal est seulement 1/100 aussi fort - un amplificateur de valeur peuvent facilement manipuler. Si la radio était basée sur la puissance, la valeur serait 1/10000. Vous pouvez imaginer le problème pour envoyer des signaux 5000 km (1/25000000) ou à la Lune si nous dépendions de l'amplitude.
Je ne pas tenir compte des photons. Contrairement à la radio, un photon a une énergie déterminée par la fréquence et vous n'avez pas besoin mécanique quantique pour la radio.
puissance de signal ne tombe en fonction carré pour les champs E parce que la zone couverte par le signal émis augmente en carré de la distance, le rayon.
Le point sur les photons, je pense. La clé est que les photons sont quanta à une fréquence à la lumière classée, où les ondes radio sont quanta à une fréquence inférieure lumière. Mais je ne sais vraiment pas. Où est Richard Feynman lorsque vous avez besoin de lui.