Spørg Scientariet: Hvordan giver radiobølger et elektrisk output fra en antenne?
Vores læser Troels Røn spørger:
Hvordan inducerer radiobølger (eller anden elektromagnetisk stråling) en strøm i en antenne, som så kan give et elektrisk output?
Er det lysbølgernes elektriske felt, som får elektronerne i antennen (typisk lavet af metal) til at bevæge sig?
Så vidt, jeg forstår, vil 'almindeligt', lys som ikke er plan-polariseret, have elektriske felter i alle retninger, hvorfor felterne vil udligne hinanden, og der vil være et netto nul-felt, og derfor vil elektroner i en antenne ikke bevæge sig. Eller er det en phonon-interaktion?
Og sidst, er frekvensen af output-signalet den samme som frekvensen af lyset uanset antennemateriale eller krystal?
Olav Breinbjerg, professor på DTU Elektro, svarer:
Du er inde på det rigtige.
Radiobølgen sætter de frie ladningsbærere (elektroner) i antennens metalliske struktur i svingninger.
Radiobølgen er et elektromagnetisk felt, og det elektriske felt påvirker de frie ladningsbærere med en kraft, som bevæger dem.
Disse svingninger udgør en strøm i antennen, og der skabes et signal på antennens terminal af samme frekvens som radiobølgen.
Antennen er ved dens terminal forbundet til en modtager, og i f.eks. en radio nedkonverteres signalet til en lavere frekvens end radiobølgens, før det detekteres.
Radiobølger i tekniske trådløse systemer har en veldefineret polarisation, som f.eks. horisontal eller vertikal polarisation; dvs. at den elektriske feltvektor svinger i et henholdsvis horisontalt eller vertikalt plan.
Det er korrekt, at almindeligt lys ikke har en veldefineret polarisation; men det betyder ikke, at der er nul felt, for så ville der netop ikke være lys, men mørke.
Hvad det betyder, er, at den elektriske feltvektor, samtidig med at den svinger, også drejer, så den peger i forskellige retninger til forskellige tidspunkter; men til ethvert tidspunkt er der en elektrisk feltvektor med en bestemt retning.
Det er imidlertid ineffektivt ikke at have en veldefineret polarisation i tekniske trådløse systemer, for det betyder, at der kan overføres mindre af effekten i radiobølgen til antennen og modtageren end med en veldefineret polarisation.
Spørg fagfolket
Du kan spørge om alt inden for teknologi og naturvidenskab. Redaktionen udvælger indsendte spørgsmål og finder den bedste ekspert til at svare – eller sender spørgsmålet videre til vores kloge læsere. Klik her for at stille dit spørgsmål til fagfolket.
Den simple og bedste form: Pr/Pt= DtDr(Lambda/4pid)^2
Feltet omkring antennen inducerer strømme og spændinger i antennens ledere, og det pudsige er at de kun kan hente halvdelen af effekten i feltet ud, for strømmene der induceres med fører udstråling i sig selv. Lidt ligesom Betz formel for vindmøller.
Da tabet afhænger af (Lambda/d)^2 siges det af og til at højere frekvenser har mere tab, svarende til at måle afstanden i bølgelængder. Effekten i feltet aftager altså kun med kvadratet på afstanden, men man blander modtagearealet sammen med det, og det er proportionalt med Lambda^2.
Sender du 1W ud vil den i afstanden d være fordelt over en flade på 4pid^2.
Hvor det næste 4pi kommer fra kan jeg ikke huske, men formlen er korrekt og eftervist.