Tengo 17 años y soy nuevo en electrónica, y aprendí todo en línea y espero seguir haciéndolo con todos los recursos. He buscado y no puedo encontrar respuestas concisas sobre esta pregunta ...
¿Cómo se propagan exactamente las ondas de radio y cómo puedo construir un par de circuitos simples desde el cual uno puede enviar las ondas de radio y el otro puede interceptarlas?
He leído diferentes cosas en diferentes fuentes, y las vincularé todas aquí:
1. http://www.nrao.edu/index.php/learn/radioastronomy/radiowaves
El sitio mencionado afirma que las ondas de radio son esencialmente EM (lo sabía), pero menciona fotones. Los fotones son la esencia de todos los EM, pero en un circuito simple solo hay flujos de corriente por la batería. ¿Cómo produciría fotones a partir de una corriente unidireccional?
Ese sitio de arriba afirma que puede "hacer una onda de radio" simplemente teniendo un campo eléctrico, que es un circuito eléctrico. Entonces, según esa lógica, ¿cualquier circuito eléctrico está produciendo ondas de radio como es? En ese caso, un motor homopolar técnicamente también produciría ondas de radio (es un circuito completo, sí). Entonces, las ondas de radio se propagarán en un patrón dependiendo de cuántas veces se encienda y apague el circuito, para que pueda codificar los datos por patrones simplemente quitando y volviendo a colocar la batería en el circuito. No lo entiendo ¿Alguien puede aclarar ese artículo más?
Lo que quiero hacer es hacer dos circuitos simples de cobre, y producir una onda de radio que el otro circuito interceptará y usará una puerta AND para encender un LED de forma inalámbrica.
Sin embargo, no entiendo exactamente cómo se propagan las ondas de radio.
Respuestas:
No te preocupes por los fotones a menos que quieras aventurarte en la física cuántica. Un fotón es la cantidad de radiación electromagnética, que también es una onda. Todavía no he encontrado una aplicación en ingeniería de RF donde los efectos cuánticos sean relevantes.
En todos los circuitos electrónicos, hay dos campos: uno eléctrico y otro magnético. El campo eléctrico está asociado con voltajes, y el magnético con corrientes.
Tenemos componentes que hacen fuertes campos eléctricos: condensadores.
También tenemos componentes que forman campos magnéticos fuertes: inductores.
En cada uno de estos componentes, pensamos en un tipo de campo como dominante. Pero considere lo que sucede si cambiamos rápidamente el campo magnético a través de un inductor, digamos al pasar un imán permanente fuerte a través de él: existirá un voltaje entre los terminales del inductor. Este voltaje es un campo eléctrico. A esto le llamamos la ley de inducción de Faraday .
Algo similar le puede pasar a un condensador. Para cambiar el campo eléctrico, debe haber una corriente. O si logra cambiar el campo eléctrico, encontrará una corriente en alguna parte. Manipular el campo eléctrico dentro de un condensador es bastante más difícil que dejar caer un imán a través de una bobina, pero si puede construir un aparato experimental apropiado, encontrará que esto es cierto.
Por lo tanto, un campo eléctrico cambiante puede crear un campo magnético. Un campo magnético cambiante puede crear un campo eléctrico.
La radiación electromagnética es estos dos campos que se crean entre sí en el espacio libre. El campo eléctrico cambia, creando un cambio en el campo magnético justo en frente de él, creando un cambio en el campo eléctrico justo en frente ...
Para que estos campos se irradien en un espacio libre como este, debe crear ambos, en fase, perpendiculares entre sí. Es por eso que un condensador no es una buena antena: crea un campo eléctrico fuerte, pero el campo magnético es relativamente pequeño. Se irradia un poco, pero principalmente la energía está atrapada en el campo eléctrico, incapaz de irradiarse porque no tiene campo magnético para alejarlo del condensador. Lo mismo es cierto para un inductor, con corriente y voltaje, magnéticos y eléctricos intercambiados. Ver ¿Por qué un inductor no es una buena antena?
Las antenas son simplemente inductores o condensadores con fugas. Muchas antenas son igualmente ambas al mismo tiempo, de modo que su impedancia es puramente resistiva a la frecuencia de diseño, en lugar de inductiva o capacitiva. Mediante una geometría inteligente, crean campos magnéticos y eléctricos perpendiculares y en fase, que luego se irradian.
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Las ondas de radio se producen cuando el campo eléctrico cambia rápidamente: tiene que haber una corriente alterna.
Un campo eléctrico se extiende al espacio. Cuando cambia un campo eléctrico, las partes distantes no cambian instantáneamente. El cambio está limitado por la velocidad de la luz. Si fluctúa el campo eléctrico, entonces crea una onda.
Puedes pensarlo como un espacio que está impregnado en todas partes por un campo eléctrico; su circuito solo crea una perturbación, como perturbar la superficie del agua. La perturbación se aleja a la velocidad de la luz, como ondas en un estanque. Si su circuito solo tiene una corriente continua de CC que lo atraviesa, la perturbación ocurre justo cuando lo enciende y cuando lo apaga.
(De hecho, el equipo eléctrico causa interferencia cuando se enciende y apaga: relés, interruptores, la conmutación de los cepillos del motor eléctrico o cualquier cosa que genere chispas: todos irradian y pueden interferir con la comunicación por radio o con equipos sensibles).
Los circuitos de transmisión de radio están optimizados para irradiar; deliberadamente hacen cosas que los diseñadores intentan evitar en los circuitos que deben minimizar su radiación (que es la mayoría de los circuitos). Los transmisores amplifican algo de CA de alta frecuencia y energizan una antena .
Hay muchos tipos de antenas y cómo funcionan todas ellas es un gran tema. Un ejemplo de antena es simplemente un dipolo de media longitud de onda: dos conductores largos que apuntan en direcciones opuestas, cada uno un cuarto de longitud de onda.
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Las ondas de radio no se explicaron hasta que James Clerk Maxwell describió la electricidad y el magnetismo con lo que ahora se llaman ecuaciones de Maxwell. Usan una forma de cálculo vectorial y están lejos de ser simples. Para su pregunta, se reduce a la aceleración. Una corriente que fluye no produce radio. Los electrones tienen que acelerarse, como ir y venir. Los electrones se mueven a través de los cables muy lentamente, pero puede sacudirlos de un lado a otro muy rápidamente en distancias muy cortas con un campo eléctrico alterno, aplicando CA al cable. Los electrones están invirtiendo la dirección e irradiarán. Un campo eléctrico cambiante produce un campo magnético y un campo magnético cambiante produce un campo eléctrico. Algo así como si los campos eléctricos y magnéticos fueran arrancados del cable y vuelan a la velocidad de la luz.
También puede obtener aceleración yendo en círculo (cambiando de dirección en general) y hay transmisores que funcionan de esa manera. No con un cable en círculo, con electrones en el vacío yendo muy rápido en un círculo desde un fuerte campo magnético. Hay buenos imanes que hacen este trabajo en los circuitos de hornos microondas más antiguos. Buscar "magnetrón".
La forma simple de demostrar la radio es duplicar los experimentos originales con un transmisor de chispa y un bucle de cable con un pequeño espacio para ver una chispa de la potencia recibida. Haga una búsqueda en los espacios de chispas y ondas de radio. Si hace uno, tenga en cuenta que la gente recogerá sus experimentos en radios AM en todas las direcciones.
Las ecuaciones de Maxwell revelan un hecho sorprendente de la naturaleza y es lo que hace que la radio sea útil para la comunicación a larga distancia. Es de esperar que cualquier cosa que irradie en todas las direcciones tenga una potencia (intensidad) que cae con el cuadrado de la distancia, como en 1 / (r ^ 2). Si la detección de radio se basara en esto, sería casi inútil. Pero, como la potencia cae con el cuadrado, la amplitud es proporcional al cuadrado de la potencia y cae como 1 / r. Y es la amplitud del campo que detectamos en la radio (o el movimiento inducido en los electrones en una antena de cable). Si está a 1 km de un transmisor y va a un punto a 100 km de distancia, la amplitud de la señal es solo 1/100 tan fuerte, un amplificador de valor que puede manejar fácilmente. Si la radio se basara en la potencia, el valor sería 1/10000. Puedes imaginar el problema enviando señales 5000km (1 / 25,000,
Ignoraría los fotones. A diferencia de la radio, un fotón tiene energía determinada por la frecuencia y no necesita mecánica cuántica para la radio.
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La potencia de la señal cae como una función cuadrada para los campos E porque el área cubierta por la señal emitida aumenta como un cuadrado de la distancia, radio.
El punto sobre los fotones, creo ... La clave es que los fotones son cuantos a una frecuencia clasificada en luz, donde las ondas de radio son cuantos a una frecuencia debajo de la luz. Pero realmente no lo sé. ¿Dónde está Richard Feynman cuando lo necesitas ...
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