Αρχή της κεραίας

Οι κεραίες μετατρέπουν τα κατευθυνόμενα κύματα που διαδίδονται στις γραμμές μεταφοράς σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα που διαδίδονται σε ελεύθερο χώρο ή εκτελούν αντίθετους μετασχηματισμούς. Τα κατευθυνόμενα κύματα είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα στα οποία το σύνολο ή το μεγαλύτερο μέρος της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας περιορίζεται να διαδοθεί σε μια ορισμένη κατεύθυνση εντός μιας πεπερασμένης διατομής.

Χρησιμοποιούμε το ταξίδι με τρένο ως αναλογία, όπου οι επιβάτες είναι σαν τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα και οι γραμμές μεταφοράς είναι σαν τα τρένα.

Αφού οι επιβάτες επιβιβαστούν στο τρένο, μπορούν να μετακινηθούν μόνο μέσα στο τρένο. Οι επιβάτες κινούνται προς την κατεύθυνση του τρένου, που μοιάζει με κατευθυνόμενο κύμα, περιορίζεται σε πεπερασμένη διατομή και εκπέμπεται προς μια ορισμένη κατεύθυνση.

Μετά την έξοδο από το σταθμό, οι επιβάτες μπορούν να κινούνται ελεύθερα, κάτι που μοιάζει με ηλεκτρομαγνητικά κύματα που διαδίδονται στον ελεύθερο χώρο. Η πόρτα του τρένου εδώ είναι παρόμοια με μια κεραία.

Οι πόρτες του τρένου μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο για την επιβίβαση όσο και για την αποβίβαση επιβατών.

Ομοίως, οι κεραίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μετατροπή των κατευθυνόμενων κυμάτων σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα ελεύθερου χώρου, καθώς και των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων ελεύθερου χώρου σε κατευθυνόμενα κύματα, που είναι η αρχή της αμοιβαιότητας των κεραιών.

Πώς μια κεραία μετατρέπει τα κατευθυνόμενα κύματα σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα στον ελεύθερο χώρο;

Το 1894, ο επιστήμονας Popov ανακάλυψε σε ένα πείραμα ότι η απόσταση στην οποία ο δέκτης ανίχνευσε ραδιοκύματα αυξήθηκε σημαντικά σε σύγκριση με το συνηθισμένο. Μετά από κάποια εξερεύνηση, ο Ποπόφ ανακάλυψε ότι ένα σύρμα είχε χτυπήσει έναν ανιχνευτή μεταλλικών τσιπ. Αυτό το σύρμα είναι που αυξάνει πολύ την πειραματική απόσταση. Αυτό το καλώδιο θεωρείται η πρώτη κεραία στον κόσμο.

Στο πείραμα Popov, το σύρμα συνάντησε κατά λάθος έναν ανιχνευτή μεταλλικών τσιπ, αλλάζοντας αόρατα το σχήμα της γραμμής μεταφοράς.

Ακολουθώντας την πειραματική προσέγγιση του Popov, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι όσο αυξάνεται η γωνία της γραμμής μετάδοσης, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που ακτινοβολούνται γίνονται ισχυρότερα. Αργότερα, προτάθηκε η θεωρία των συμμετρικών διπολικών κεραιών και αναπτύχθηκαν διάφορες κεραίες.