คลื่นวิทยุที่ผลิตจากกระแสในวงจรนั้นเป็นอย่างไร?

ฉันอายุ 17 ปีและฉันยังใหม่กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และฉันได้เรียนรู้ทุกสิ่งทางออนไลน์และคาดว่าจะทำเช่นนั้นกับทรัพยากรทั้งหมดต่อไป ฉันได้ขุดไปแล้วและไม่สามารถหาคำตอบที่กระชับสำหรับคำถามนี้ ...

คลื่นวิทยุมีการแพร่กระจายอย่างแน่นอนเพียงใดและฉันจะสร้างวงจรคู่ง่ายๆที่หนึ่งสามารถส่งคลื่นวิทยุได้

ฉันได้อ่านสิ่งต่าง ๆ ในแหล่งต่าง ๆ และฉันจะเชื่อมโยงพวกเขาทั้งหมดที่นี่:

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

เว็บไซต์ดังกล่าวอ้างว่าคลื่นวิทยุเป็นหลักของ EM (รู้เรื่องนั้น) แต่กล่าวถึงโฟตอน โฟตอนเป็นส่วนสำคัญของ EM ทั้งหมด แต่ในวงจรที่เรียบง่ายมีเพียงกระแสไฟฟ้าไหลผ่านแบตเตอรี่ ฉันจะผลิตโฟตอนจากกระแสทางเดียวได้อย่างไร

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

ไซต์ข้างต้นอ้างว่าคุณสามารถ "สร้างคลื่นวิทยุ" ได้ง่ายๆโดยการมีสนามไฟฟ้าซึ่งเป็นวงจรไฟฟ้า ดังนั้นด้วยตรรกะนั้นวงจรไฟฟ้าใด ๆ ที่ผลิตคลื่นวิทยุตามที่เป็นอยู่? ในกรณีนั้นมอเตอร์ homopolar จะสร้างคลื่นวิทยุด้วยเช่นกัน (เป็นวงจรที่สมบูรณ์ใช่) ดังนั้นคลื่นวิทยุจะแพร่กระจายในรูปแบบขึ้นอยู่กับว่าวงจรเปิดและปิดกี่ครั้งดังนั้นฉันสามารถเข้ารหัสข้อมูลด้วยรูปแบบเพียงแค่ถอดและวางแบตเตอรี่กลับไปที่วงจร ฉันไม่เข้าใจ ทุกคนสามารถอธิบายบทความนั้นเพิ่มเติมได้หรือไม่

สิ่งที่ฉันต้องการทำคือทำสองวงจรที่เรียบง่ายจากทองแดงและสร้างคลื่นวิทยุที่วงจรอื่นจะสกัดกั้นและใช้ประตู - และเปิดไฟ LED แบบไร้สาย

อย่างไรก็ตามฉันไม่เข้าใจว่าคลื่นวิทยุแพร่กระจายอย่างไร!

ไม่ต้องกังวลกับโฟตอนถ้าคุณไม่อยากลองฟิสิกส์ควอนตัม โฟตอนคือควอนตัมของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งก็เป็นคลื่นเช่นกัน ฉันยังไม่พบแอปพลิเคชันในวิศวกรรม RF ที่มีผลกระทบเชิงปริมาณที่เกี่ยวข้อง

ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดมีสองฟิลด์: ไฟฟ้าและแม่เหล็ก สนามไฟฟ้ามีความสัมพันธ์กับแรงดันไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กกับกระแส

เรามีส่วนประกอบที่ทำให้เกิดสนามไฟฟ้าที่แข็งแกร่ง: ตัวเก็บประจุ

นอกจากนี้เรายังมีส่วนประกอบที่ทำให้สนามแม่เหล็กที่แข็งแกร่ง: ตัวเหนี่ยวนำ

ในแต่ละองค์ประกอบเหล่านี้เราคิดว่าเป็นเขตข้อมูลประเภทหนึ่งที่โดดเด่น แต่พิจารณาว่าจะเกิดอะไรขึ้นถ้าเราเปลี่ยนสนามแม่เหล็กอย่างรวดเร็วผ่านตัวเหนี่ยวนำพูดโดยผ่านแม่เหล็กถาวรที่แข็งแกร่งผ่านมัน: แรงดันไฟฟ้าจะมีอยู่ระหว่างขั้วของตัวเหนี่ยวนำ แรงดันไฟฟ้านี้เป็นสนามไฟฟ้า เราเรียกสิ่งนี้ว่ากฎหมายของฟาราเดย์ของการเหนี่ยวนำ

สิ่งที่คล้ายกันอาจเกิดขึ้นกับตัวเก็บประจุ หากต้องการเปลี่ยนสนามไฟฟ้าจะต้องมีกระแส หรือหากคุณจัดการเปลี่ยนสนามไฟฟ้าคุณจะพบกระแสไฟฟ้าอยู่ที่ใดที่หนึ่ง การจัดการสนามไฟฟ้าภายในตัวเก็บประจุค่อนข้างยากกว่าการปล่อยแม่เหล็กผ่านขดลวด แต่ถ้าคุณสามารถสร้างเครื่องมือทดลองที่เหมาะสมได้คุณจะพบว่านี่เป็นเรื่องจริง

ดังนั้นสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงสามารถสร้างสนามแม่เหล็กได้ สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงสามารถสร้างสนามไฟฟ้าได้

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นสองฟิลด์นี้สร้างกันและกันในพื้นที่ว่าง สนามไฟฟ้ามีการเปลี่ยนแปลงสร้างการเปลี่ยนแปลงในสนามแม่เหล็กที่อยู่ด้านหน้าของมันสร้างการเปลี่ยนแปลงในสนามไฟฟ้าที่อยู่ด้านหน้า ...

ในการทำให้ฟิลด์เหล่านี้กระจายออกไปในพื้นที่ว่างเช่นนี้คุณต้องสร้างทั้งสองอย่างในเฟสตั้งฉากกัน นี่คือสาเหตุที่ตัวเก็บประจุไม่ใช่เสาอากาศที่ดี: มันสร้างสนามไฟฟ้าที่แรง แต่สนามแม่เหล็กค่อนข้างเล็ก มันแผ่รังสีเล็กน้อย แต่ส่วนใหญ่พลังงานจะติดอยู่ในสนามไฟฟ้าไม่สามารถแผ่ออกไปได้เนื่องจากมันไม่มีสนามแม่เหล็กที่จะเคลื่อนย้ายมันออกจากตัวเก็บประจุ สิ่งเดียวกันนี้เป็นจริงของตัวเหนี่ยวนำโดยมีการแลกเปลี่ยนกระแสและแรงดัน, แม่เหล็กและไฟฟ้า ดูทำไมตัวเหนี่ยวนำไม่ใช่เสาอากาศที่ดี?

เสาอากาศเป็นเพียงตัวเหนี่ยวนำรั่วหรือตัวเก็บประจุ เสาอากาศจำนวนมากมีความเท่าเทียมกันทั้งสองในเวลาเดียวกันเช่นความต้านทานของพวกเขาคือความต้านทานอย่างหมดจดที่ความถี่การออกแบบมากกว่าอุปนัยหรือ capacitive ด้วยรูปทรงที่ชาญฉลาดพวกมันสร้างสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าตั้งฉากและในเฟสซึ่งจะกระจายออกไป

คลื่นวิทยุเกิดขึ้นเมื่อสนามไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว: จะต้องมีกระแสสลับ

สนามไฟฟ้ากระจายออกไปสู่อวกาศ เมื่อคุณเปลี่ยนสนามไฟฟ้าส่วนที่อยู่ห่างไกลของมันจะไม่เปลี่ยนทันที การเปลี่ยนแปลงนั้นถูก จำกัด ด้วยความเร็วแสง หากคุณผันผวนสนามไฟฟ้าคุณจะต้องสร้างคลื่น

คุณสามารถคิดว่ามันเป็นพื้นที่ที่ถูกแทรกซึมทุกที่โดยสนามไฟฟ้า วงจรของคุณเพียงแค่สร้างความปั่นป่วนในนั้นเช่นรบกวนพื้นผิวน้ำ สิ่งรบกวนเดินทางไปด้วยความเร็วแสงเหมือนระลอกคลื่นในสระน้ำ ถ้าวงจรของคุณมี DC คงที่ไหลผ่านมันจะเกิดการรบกวนเมื่อคุณเปิดและเมื่อคุณปิด

(อันที่จริงอุปกรณ์ไฟฟ้าก่อให้เกิดการรบกวนเมื่อเปิดและปิด: รีเลย์สวิตช์การเปลี่ยนแปรงมอเตอร์ไฟฟ้าหรือสิ่งใดก็ตามที่ก่อให้เกิดประกายไฟ: แผ่รังสีทั้งหมดและอาจรบกวนการสื่อสารทางวิทยุหรืออุปกรณ์ที่มีความอ่อนไหว)

วงจรส่งสัญญาณวิทยุได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการแผ่คลื่น พวกเขาจงใจทำสิ่งที่นักออกแบบพยายามหลีกเลี่ยงในวงจรที่จะต้องลดการแผ่รังสีให้น้อยที่สุด (ซึ่งเป็นวงจรส่วนใหญ่) เครื่องส่งสัญญาณขยายบาง AC ความถี่สูงและพลังเสาอากาศ

มีเสาอากาศหลายประเภทและวิธีการทำงานทั้งหมดเป็นหัวข้อใหญ่ ตัวอย่างหนึ่งของเสาอากาศนั้นเป็นเพียงไดโพลครึ่งความยาวคลื่น: ตัวนำยาวสองตัวที่ชี้ไปในทิศทางตรงกันข้ามแต่ละความยาวคลื่นหนึ่งในสี่นั้นยาว

คลื่นวิทยุไม่ได้อธิบายจนกระทั่ง James Clerk Maxwell อธิบายกระแสไฟฟ้าและแม่เหล็กกับสิ่งที่เรียกว่าสมการของ Maxwell พวกเขาใช้รูปแบบของแคลคูลัสเวกเตอร์และอยู่ไกลจากง่าย สำหรับคำถามของคุณมันเร่งความเร็วลง กระแสที่ไหลไม่ได้สร้างคลื่นวิทยุ อิเล็กตรอนจะต้องเร่งเช่นกลับไปกลับมา อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านสายไฟช้ามาก แต่คุณสามารถเขย่ากลับไปกลับมาอย่างรวดเร็วในระยะทางที่สั้นมาก ๆ ด้วยสนามไฟฟ้ากระแสสลับโดยใช้ AC กับสายไฟ อิเล็กตรอนจะกลับทิศทางและจะแผ่ สนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงจะสร้างสนามแม่เหล็กและสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนไปจะสร้างสนามไฟฟ้า ค่อนข้างราวกับว่าสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กถูกบีบออกจากสายไฟและบินไปด้วยความเร็วแสง

คุณสามารถเร่งความเร็วได้โดยไปเป็นวงกลม (เปลี่ยนทิศทางโดยทั่วไป) และมีเครื่องส่งสัญญาณที่ใช้งานได้ ไม่ใช่กับลวดในวงกลมโดยอิเล็กตรอนในสุญญากาศจะไปอย่างรวดเร็วในวงกลมจากสนามแม่เหล็กแรง มีแม่เหล็กที่ดีที่ทำงานนี้ในวงจรเตาอบไมโครเวฟรุ่นเก่า ค้นหา "magnetron"

วิธีง่าย ๆ ในการสาธิตวิทยุคือการทำซ้ำการทดลองดั้งเดิมด้วยเครื่องส่งสัญญาณช่องว่างแบบประกายและวงลวดที่มีช่องว่างขนาดเล็กเพื่อดูประกายไฟจากพลังงานที่ได้รับ ค้นหาช่องว่างประกายและคลื่นวิทยุ ถ้าคุณทำอย่างนั้นระวังว่าผู้คนจะรับการทดลองทางวิทยุ AM ในทุกทิศทาง

ข้อเท็จจริงที่น่าประหลาดใจเกี่ยวกับธรรมชาติถูกเปิดเผยโดยสมการของแมกซ์เวลล์และเป็นสิ่งที่ทำให้วิทยุมีประโยชน์สำหรับการสื่อสารทางไกล เราคาดหวังว่าทุกสิ่งที่แผ่ออกไปในทุกทิศทางจะมีพลัง (ความเข้ม) ที่ลดลงเมื่อเทียบกับกำลังสองของระยะทาง - ดังเช่นใน 1 / (r ^ 2) หากการตรวจจับวิทยุเป็นไปตามนี้มันจะติดกับไร้ประโยชน์ แต่เมื่อกำลังลดลงกับกำลังสองแอมพลิจูดจะแปรผันตามกำลังสองของสี่เหลี่ยมจัตุรัสและลดลงเป็น 1 / r และเป็นแอมพลิจูดของสนามที่เราตรวจพบในวิทยุ (หรือการเคลื่อนที่ที่เกิดขึ้นในอิเล็กตรอนในสายอากาศลวด) หากคุณอยู่ห่างจากตัวส่ง 1 กิโลเมตรและไปยังจุดที่ไกลออกไป 100km ความกว้างของสัญญาณนั้นมีความแรงเพียง 1/100 เท่านั้นตัวขยายมูลค่าสามารถจัดการได้อย่างง่ายดาย หากวิทยุใช้กำลังไฟฟ้าค่าจะเป็น 1/100 คุณสามารถจินตนาการถึงปัญหาในการส่งสัญญาณ 5000km (1 / 25,000,

ฉันจะไม่สนใจโฟตอน โฟตอนมีพลังงานกำหนดโดยความถี่และคุณไม่ต้องการกลศาสตร์ควอนตัมสำหรับวิทยุ

กำลังของสัญญาณจะลดลงตามฟังก์ชั่นรูปสี่เหลี่ยมสำหรับฟิลด์ E เนื่องจากพื้นที่ที่ครอบคลุมโดยสัญญาณที่ปล่อยออกมาจะเพิ่มขึ้นตามระยะทางรัศมีของสี่เหลี่ยมจัตุรัส

ฉันคิดว่าจุดเกี่ยวกับโฟตอนที่สำคัญคือโฟตอนคือควอนตัมที่ความถี่ที่จำแนกไว้ที่แสงโดยที่คลื่นวิทยุเป็นควอนตัมที่ความถี่ต่ำกว่าแสง แต่ฉันไม่รู้จริงๆ Richard Feynman อยู่ไหนเมื่อคุณต้องการเขา ...