Comment les ondes radio sont-elles produites exactement à partir d'un courant dans un circuit lui-même?

J'ai 17 ans, et je suis nouveau dans l'électronique, et j'ai tout appris en ligne et je m'attends à continuer à le faire avec toutes les ressources. J'ai fouillé et je ne trouve pas de réponses concises à cette question ...

Comment les ondes radio se propagent-elles exactement et comment puis-je créer une simple paire de circuits à partir de laquelle l'une peut envoyer les ondes radio et l'autre peut les intercepter?

J'ai lu différentes choses dans différentes sources, et je les relierai toutes ici:

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

Le site susmentionné affirme que les ondes radio sont essentiellement EM (le savait), mais mentionne les photons. Les photons sont l'essence de tout EM, mais dans un circuit simple, il n'y a que des flux de courant par la batterie. Comment pourrais-je produire des photons à partir d'un courant unidirectionnel?

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

Ce site ci-dessus prétend que vous pouvez "faire une onde radio" simplement en ayant un champ électrique, qui est un circuit électrique. Donc, selon cette logique, n'importe quel circuit électrique produit des ondes radio en l'état? Dans ce cas, un moteur homopolaire produirait également techniquement des ondes radio (c'est un circuit complet, oui)? Ainsi, les ondes radio se propageront selon un motif en fonction du nombre de fois que le circuit se mettra en marche et s'arrêtera, donc je pourrais encoder les données par des motifs simplement en retirant et en replaçant la batterie dans le circuit? Je ne comprends pas. Quelqu'un peut-il clarifier davantage cet article?

Ce que je veux faire, c'est créer deux circuits simples en cuivre et produire une onde radio que l'autre circuit interceptera et utilisera une porte ET pour allumer une LED sans fil.

Cependant, je ne comprends pas exactement comment les ondes radio se propagent!

Ne vous inquiétez pas des photons, sauf si vous voulez vous aventurer dans la physique quantique. Un photon est le quantum du rayonnement électromagnétique, qui est aussi une onde. Je n'ai pas encore trouvé d'application en ingénierie RF où les effets quantiques sont pertinents.

Dans tous les circuits électroniques, il existe deux champs: un électrique et un magnétique. Le champ électrique est associé aux tensions et le champ magnétique aux courants.

Nous avons des composants qui créent des champs électriques puissants: les condensateurs.

Nous avons également des composants qui produisent des champs magnétiques puissants: des inducteurs.

Dans chacune de ces composantes, nous considérons un type de domaine comme dominant. Mais considérons ce qui se passe si nous modifions rapidement le champ magnétique à travers un inducteur, disons en faisant passer un aimant permanent puissant à travers lui: une tension existera entre les bornes de l'inducteur. Cette tension est un champ électrique. Nous appelons cela la loi d'induction de Faraday .

Une chose similaire peut arriver à un condensateur. Pour changer le champ électrique, il doit y avoir un courant. Ou si vous parvenez à changer le champ électrique, vous trouverez un courant quelque part. Manipuler le champ électrique à l'intérieur d'un condensateur est plutôt plus difficile que de laisser tomber un aimant à travers une bobine, mais si vous pouvez construire un appareil expérimental approprié, vous constaterez que c'est vrai.

Ainsi, un champ électrique changeant peut créer un champ magnétique. Un champ magnétique changeant peut créer un champ électrique.

Le rayonnement électromagnétique est ces deux champs qui se créent dans l'espace libre. Le champ électrique change, créant un changement dans le champ magnétique juste devant lui, créant un changement dans le champ électrique juste devant ...

Pour que ces champs rayonnent dans un espace libre comme celui-ci, vous devez créer les deux, en phase, perpendiculairement l'un à l'autre. C'est pourquoi un condensateur n'est pas une bonne antenne: il crée un fort champ électrique, mais le champ magnétique est relativement petit. Il rayonne un peu, mais surtout l'énergie est coincée dans le champ électrique, incapable de rayonner car il n'a pas de champ magnétique pour l'éloigner du condensateur. Il en va de même pour une inductance, avec échange de courant et de tension, magnétique et électrique. Voir Pourquoi une inductance n'est-elle pas une bonne antenne?

Les antennes ne sont que des inductances ou des condensateurs qui fuient. De nombreuses antennes sont également les deux en même temps, de sorte que leur impédance est purement résistive à la fréquence de conception, plutôt qu'inductive ou capacitive. Grâce à une géométrie intelligente, ils créent des champs magnétiques et électriques perpendiculaires et en phase, qui rayonnent ensuite.

Les ondes radio sont produites lorsque le champ électrique change rapidement: il doit y avoir un courant alternatif.

Un champ électrique se propage dans l'espace. Lorsque vous modifiez un champ électrique, ses parties distantes ne changent pas instantanément. Le changement est limité par la vitesse de la lumière. Si vous faites fluctuer le champ électrique, vous créez donc une onde.

Vous pouvez le voir comme un espace imprégné partout par un champ électrique; votre circuit y crée simplement une perturbation, comme perturber la surface de l'eau. La perturbation s'éloigne à la vitesse de la lumière, comme des ondulations dans un étang. Si votre circuit a juste un courant continu continu qui le traverse, la perturbation se produit juste lorsque vous l'allumez et lorsque vous l'éteignez.

(En effet, les équipements électriques provoquent des interférences lorsqu'ils s'allument et s'éteignent: relais, interrupteurs, la commutation des balais des moteurs électriques, ou tout ce qui génère des étincelles: tous rayonnent et peuvent interférer avec les communications radio, ou avec les équipements sensibles.)

Les circuits de transmission radio sont optimisés pour le rayonnement; ils font délibérément des choses que les concepteurs essaient d'éviter dans les circuits qui doivent minimiser leur rayonnement (qui est la plupart des circuits). Les émetteurs amplifient un courant alternatif à haute fréquence et alimentent une antenne .

Il existe de nombreux types d'antennes et leur fonctionnement est un grand sujet. Un exemple d'antenne est simplement un dipôle d'une demi-longueur d'onde: deux longs conducteurs pointant dans des directions opposées, chacun d'un quart de longueur d'onde.

Les ondes radio n'ont été expliquées que lorsque James Clerk Maxwell a décrit l'électricité et le magnétisme avec ce qu'on appelle maintenant les équations de Maxwell. Ils utilisent une forme de calcul vectoriel et sont loin d'être simples. Pour votre question, cela se résume à l'accélération. Un courant qui coule ne produit pas de radio. Les électrons doivent accélérer, comme aller et venir. Les électrons se déplacent à travers les fils très lentement mais vous pouvez les secouer d'avant en arrière très rapidement sur de très courtes distances avec un champ électrique alternatif, en appliquant du courant alternatif au fil. Les électrons inversent la direction et rayonneront. Un champ électrique changeant produit un champ magnétique et un champ magnétique changeant produit un champ électrique. Un peu comme si les champs électriques et magnétiques étaient pincés du fil et s'envolaient à la vitesse de la lumière.

Vous pouvez également obtenir une accélération en allant dans un cercle (en changeant de direction en général) et il y a des émetteurs qui fonctionnent de cette façon. Pas avec un fil en cercle, avec des électrons dans le vide qui vont très vite dans un cercle à partir d'un fort champ magnétique. Il existe de jolis aimants qui font ce travail dans les anciens circuits de four à micro-ondes. Recherchez "magnétron".

Le moyen simple de démontrer la radio est de reproduire les expériences originales avec un émetteur à éclateur et une boucle de fil avec un petit espace pour voir une étincelle de la puissance reçue. Faites une recherche sur les éclateurs et les ondes radio. Si vous en faites un, sachez que les gens capteront vos expériences sur les radios AM dans toutes les directions.

Un fait surprenant de la nature est révélé par les équations de Maxwell et c'est ce qui rend la radio utile pour les communications à longue distance. Nous nous attendrions à ce que tout ce qui rayonne dans toutes les directions ait une puissance (intensité) qui diminue avec le carré de la distance - comme dans 1 / (r ^ 2). Si la détection radio était basée sur cela, elle serait presque inutile. Mais, comme la puissance diminue avec le carré, l'amplitude est proportionnelle au carré de la puissance et diminue comme 1 / r. Et c'est l'amplitude du champ que l'on détecte en radio (ou le mouvement induit en électrons dans une antenne filaire). Si vous êtes à 1 km d'un émetteur et que vous vous rendez à un point situé à 100 km, l'amplitude du signal n'est que de 1/100 aussi forte - une valeur que les amplificateurs peuvent facilement gérer. Si la radio était basée sur la puissance, la valeur serait 1/10000. Vous pouvez imaginer le problème d'envoi de signaux 5000 km (1/25 000,

J'ignorerais les photons. Contrairement à la radio, un photon a une énergie déterminée par la fréquence et vous n'avez pas besoin de mécanique quantique pour la radio.

La puissance du signal diminue en tant que fonction carrée pour les champs E car la zone couverte par le signal émis augmente en tant que carré de la distance, rayon.

Le point sur les photons, je pense ... La clé est que les photons sont des quanta à une fréquence classée à la lumière, où les ondes radio sont des quanta à une fréquence inférieure à la lumière. Mais je ne sais vraiment pas. Où est Richard Feynman quand tu as besoin de lui ...