电路本身中的电流会产生多大的无线电波?


11

我今年17岁,我是电子行业的新手,我已经在网上学到了所有东西,并希望继续使用所有资源。我已经四处搜寻,找不到关于这个问题的简明答案...

无线电波是如何精确传播的,我如何构建一个简单的电路对,一个对可以从中发送无线电波,而另一个可以对它们进行拦截?

我从不同的来源阅读了不同的内容,并在这里将它们链接在一起:

1. http://www.nrao.edu/index.php/learn/radioastronomy/radiowaves

前面提到的站点声称无线电波本质上是EM(知道),但提到了光子。光子是所有EM的本质,但是在一个简单的电路中,只有电流从电池流过。我如何从单向电流产生光子?

2. http://www.qrg.northwestern.edu/projects/vss/docs%20/Communications/3-how-do-you-make-a-radio-wave.html

上面那个站点声称,只要有一个电场即电路,就可以“制造无线电波”。那么,按照这种逻辑,任何电路都按原样产生无线电波吗?在那种情况下,单极电动机在技术上也会产生无线电波(它是完整的电路,是的)?因此,无线电波将根据电路打开和关闭的次数以一定的模式传播,因此我可以通过仅将电池放回电路中就可以通过模式对数据进行编码?我不明白 谁能进一步澄清该文章?

我想做的是用铜制成两个简单的电路,并产生一个无线电波,另一个电路将拦截该无线电波,并使用与门以无线方式打开LED。

但是,我不完全了解无线电波是如何传播的!


4
您无需了解无线电波是如何传播以建立电路的-我已经这样做了很多年!
Andy又名

@Andyaka我知道!我只是想了解如何使用无线电波,因为当我弄不清它时会感到沮丧。更好地说,我想做一个通过无线电波发送的项目,这样我就可以感觉到这种传输是如何工作的。
Gloria

静磁场和电场如何?交变磁场和电场呢?到目前为止,一切都很好?如果不是这样,您必须首先进行基础操作,以掌握交变电磁波以及它们如何从近场传播到远场。我不知道您的知识基础是什么,因此即使我有资格回答,我也无法说出要解决该问题的水平,并且我将在大多数情况下有所建树!
Andy又名

您想“以无线方式打开LED”,creative-science.org.uk / mobile_LED.html关于“无线电波如何精确传播”,当电流流过时,会垂直于磁场产生磁场。磁场迅速扩展,然后当电流减小,停止或反向时,该磁场开始崩溃,但并非所有磁场都返回。不断扩大的丢失磁场是无线电信号。
Optionparty 2014年

1
要制造无线电波,您需要具有无线电频率。在零频率(DC,电池)下,需要一个无限的发射器来发射零功率,而需要一个无限的接收器来接收零功率。是的,您首先要以射频切换电源/电池。
大卫2014年

Answers:


9

除非您想涉足量子物理学,否则不要担心光子。光子是电磁辐射的量子,也是波。我还没有找到与量子效应相关的RF工程应用。

在所有电子电路中,都有两个领域:电和磁。电场与电压相关,而磁场与电流相关。

我们拥有能产生强电场的组件:电容器。

我们还具有产生强磁场的组件:电感器。

在这些组件的每一个中,我们都将一种领域视为主导。但是请考虑一下,如果我们快速改变通过电感器的磁场(例如,使强力的永磁体穿过磁场)会发生什么:电感器的端子之间将存在电压。该电压是电场。我们称这为法拉第的感应定律

电容器也会发生类似的情况。要改变电场,必须有电流。或者,如果您设法改变电场,则会在某处找到电流。操纵电容器内部的电场要比将磁铁从线圈中掉落要困难得多,但是,如果您可以构建合适的实验设备,您会发现这是正确的。

因此,变化的电场可以产生磁场。不断变化的磁场会产生电场。

电磁辐射是这两个场在自由空间中相互创建的。电场发生变化,从而在其前面产生磁场变化,从而产生在前面的磁场发生变化...

3D EM辐射图

为了使这些场在这样的自由空间中辐射开来,您必须同相地创建彼此垂直的两个场。这就是为什么电容器不是好的天线的原因:电容器会产生强电场,但磁场相对较小。它辐射一点点,但大部分能量都停留在电场中,无法辐射掉,因为它没有磁场将其带离电容器。电感器也是如此,其中电流和电压通过磁和电交换。请参阅为什么电感器不是好的天线?

天线只是泄漏的电感器或电容器。许多天线在同一时间都同时处于同一状态,因此它们的阻抗在设计频率下纯粹是电阻性的,而不是电感性或电容性的。通过巧妙的几何形状,它们产生垂直且同相的磁场和电场,然后辐射出去。


1
@WEB_DOT_COMFOUR:我认为这太过分了。您是在把话放进Phil的嘴里,但这些话他没说。实际上,他的帖子开头是“不要担心光子...”。编辑功能用于修复错误。您应该撤消编辑并创建自己的答案并引用Phil的答案。
晶体管

4

电场快速变化时会产生无线电波:必须有交流电。

电场扩散到太空。当您改变电场时,它的远处部分不会立即改变。这种变化受到光速的限制。如果您使电场起伏,则将产生一个波。

您可以将其看作是电场在各处渗透的空间。您的电路只会在其中造成干扰,例如干扰水面。扰动以光速传播,就像池塘里的涟漪一样。如果您的电路中只有稳定的直流电流过,则在打开和关闭电路时都会发生干扰。

(实际上,电气设备在打开和关闭时会产生干扰:继电器,开关,电动机电刷的换向或任何会产生火花的东西:全部辐射并且会干扰无线电通信或敏感设备。)

无线电发射电路针对辐射进行了优化。他们故意做一些设计人员尝试避免在必须将其辐射最小化的电路中使用的方法(这是大多数电路)。发射机放大一些高频交流电,并为天线通电。

天线种类繁多,它们如何工作是一个大话题。天线的一个示例就是波长为一半的偶极子:指向相反方向的两条长导体,每条长四分之一波长。


没有提到磁场的答案是正确的,只是不完整。
安迪(aka)2014年

@Andyaka我在里面放了那个,但是在发布之前为了保留简短而删除了它。因为磁振荡和电振荡是同相的,所以它对辐射的传播方式没有任何直觉。
卡兹(Kaz)2014年

4

直到詹姆斯·克莱克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)用现在所谓的麦克斯韦方程式描述电和磁时,才解释无线电波。它们使用矢量演算的形式,远非简单。对于您的问题,它归结为加速。流动的电流不会产生无线电。电子必须像来回运动一样加速。电子在导线中的移动非常缓慢,但是通过在导线上施加交流电,您可以在非常短的距离内通过交变电场来回快速地摇动它们。电子是反向的,并且会辐射。变化的电场产生磁场,而变化的磁场产生电场。似乎是电场和磁场从电线上被夹住,然后以光速飞走。

您还可以绕圈走(通常会改变方向)来获得加速度,并且有一些发射器可以这样工作。并不是绕成一圈的金属丝,而是真空中的电子由于强磁场而在圆周上非常快地运动。在老式的微波炉电路中,有很好的磁铁可以完成这项工作。搜索“磁控管”。

演示无线电的简单方法是使用火花隙变送器和具有较小间隙的导线环复制原始实验,以查看接收到的功率产生的火花。搜索火花隙和无线电波。如果您制作了一个,请当心,人们会在各个方向上通过AM无线电进行您的实验。

麦克斯韦方程组揭示了自然界一个令人惊讶的事实,这正是无线电使长距离通信有用的原因。我们希望辐射到所有方向的任何东西的功率(强度)都随距离的平方下降-如1 /(r ^ 2)所示。如果基于此进行无线电检测,那将几乎是无用的。但是,随着功率确实以平方下降,幅度与功率的平方成正比,下降为1 / r。它是我们在无线电中检测到的场的振幅(或在有线天线中电子所感应的运动)。如果您距发射器1公里,并且到达100公里外的某个点,则信号幅度仅是强信号的1/100-值放大器可以轻松处理。如果无线电基于功率,则该值为1/10000。您可以想象在发送信号5000公里(1 / 25,000,

我会忽略光子。与无线电不同,光子的能量取决于频率,因此您不需要量子力学来进行无线电。


1
您所说的关于无线电传播的说法是错误的。从点源发出的无线电波的功率随距离的平方而下降。这是由于无线电波沿所有方向传播,因此会产生球形扩展。如果您将距离从1 km更改为100 km,则接收功率将降低10000倍(100的平方)。幸运的是,可以使接收电路非常敏感,以便可以从距接收器(包括从地球到月球)很远的位置的发射器中提取有用的信息。
巴里

一旦无线电波开始,能量就不会在磁场和电场之间交替变化。您在这方面是错误的。磁场和电场在时间上完美对齐。这就是给自由空间一个恒定的377欧姆阻抗的原因-E必须一直与H同相,否则它就不会与无线电同频。
安迪(aka)2014年

@Barry:或者足够灵敏以接收来自23瓦发射器的信号,该发射器距离7,000,000,000英里,速度为37000 MPH
RedGrittyBrick 2014年

@Barry你是对的。我反转了功率和幅度,将进行编辑。1 / r是正确的振幅,例如,振幅是二极管检测器所需的振幅。
C. Towne Springer 2014年

1
@Andyaka来自维基百科-E和B彼此垂直,并且波传播的方向同相。变化的磁场通过法拉第定律产生变化的电场。反过来,该电场通过麦克斯韦对安培定律的修正而产生变化的磁场。这个永久循环允许这些波以速度c在空间中移动。-不过,对于这种解释并不疯狂,需要修改我的答案。
C. Towne Springer 2014年

0

对于E场,信号功率的确下降了,这是平方函数,因为发射信号所覆盖的面积随距离,半径的平方而增加。

我认为关于光子的要点...关键是光子在分类为光的频率下是量子,而无线电波在光以下的频率上是量子。但是我真的不知道。理查德·费曼(Richard Feynman)当您需要他时在哪里?


无论是“光”还是“无线电”,都可以使用经典理论(波)或量子理论(光子)来研究电磁辐射。像在物理学的许多领域一样,经典理论足以应付大多数事情,但是需要量子理论来理解一些经典理论无法解释的观察结果。在无线电频带中,很少有需要量子理论的情况,但这并不意味着rf能量没有被量化-只是量子非常小(每个光子能量非常低)。
Photon

1
您的回答使神话永存。实际上,电磁辐射中的电场和磁场是同相的。它们不会塌陷并异相再生,彼此馈电:根本不像LC共振。
卡兹(Kaz)2014年

参见此处:en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_radiation#Wave_model “一个常见的误解是电磁辐射中的E和B场异相,因为一个变化会产生另一个……”
Kaz 2014年

好的,我编辑了答案Kaz。我被教导是另一种方式。不想长存一个神话。
dfowler7437 2014年
By using our site, you acknowledge that you have read and understand our Cookie Policy and Privacy Policy.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.