في لوكسون إلكترونيكحيث نقوم بتصميم وتصنيع الهوائيات المتطورة للجيل الخامس وإنترنت الأشياء والسلامة العامة والبنية التحتية اللاسلكية، حيث يتجذر عملنا بعمق في أحد أكثر الإنجازات روعة في الفيزياء: معادلات ماكسويل.
في حين أن أسماء مثل فاراداي وتيسلا وأديسون مألوفة أكثر لعامة الناس, جيمس كليرك ماكسويل هو العبقري الهادئ الذي وحّد بين الكهرباء والمغناطيسية - ووضع الأساس النظري لعالم اللاسلكي بأكمله الذي نعيش فيه اليوم.
ما الذي يجعل ماكسويل مهمًا جدًا للاتصالات اللاسلكية؟
كان ماكسويل أول من
- توقع وجود الموجات الكهرومغناطيسية,
- إثبات أن الضوء في حد ذاته ظاهرة كهرومغناطيسية,
- الجمع بين الكهرباء والمغناطيسية في نظرية مجال واحد موحد.
ولولا بصيرة ماكسويل، لما كان هناك شبكة Wi-Fi، ولا اتصالات متنقلة، ولا هوائيات - ولا عصر لاسلكي.
لذا، في المرة القادمة التي تتصفح فيها هاتفك، أو تنضم إلى مكالمة فيديو، أو تعتمد على إشارة GPS، تذكر: كل ذلك يرتكز على أربع معادلات أنيقة.
معادلات ماكسويل الأربعة - لمحة سريعة
| الاسم | الشكل التفاضلي | الشكل المتكامل |
| قانون غاوس (الكهربائي) | ∇-E = ρ / ε ₀ | ∮ E - dA = س / ε ₀ |
| قانون غاوس (المغناطيسي) | ∇-B = 0 | ∮ B - dA = 0 |
| قانون فاراداي | ∇×E = -∂B/∂t | ∮ E - dl = -dΦـ/dt |
| قانون أمبير-ماكسويل | ∇×B = μ₀J + μ ₀ ε₀ ₀ УУ УУ УУ УкаE/∂t | ∮ B - dl = μ ₀I + μ ₀ε₀ دΦm_1D31↩/dt |
أين:
- E = المجال الكهربائي
- B = المجال المغناطيسي
- ρ = كثافة الشحنة = كثافة الشحنة
- J = كثافة التيار
- ε₀, μ₀ = ثوابت الفراغ
- Φـ, Φـ = التدفق المغناطيسي/الكهربائي
تفكيكها - ماذا تعني؟
1. قانون غاوس (المجالات الكهربائية)
تولِّد الشحنات مجالات كهربية. وكلما زادت الشحنة في منطقة ما، زادت قوة خطوط المجال الكهربي التي تشع منها.
2. قانون غاوس للمغناطيسية
لا توجد أقطاب مغناطيسية معزولة (لا توجد "أقطاب مغناطيسية أحادية القطب"). وتشكل خطوط المجال المغناطيسي دائمًا حلقات مغلقة.
3. قانون فاراداي للاستقراء
A ينتج المجال المغناطيسي المتغير مجالًا كهربائيًا-المبدأ الكامن وراء المحولات والمولدات الكهربائية. هذا ما يسمح للهوائيات الاستلام الموجات الكهرومغناطيسية.
4. قانون أمبير - ماكسويل
A مجال كهربائي متغير يخلق مجالًا مغناطيسيًا-اختراق قام به ماكسويل. عندما يستحث المجالان الكهربي والمغناطيسي بعضهما البعض باستمرار تولد موجة كهرومغناطيسية-أساس كل الإرسال اللاسلكي
شرح تلك الرموز الغريبة (▽، ▽×)
إذا كانت رموز الرياضيات تخيفك، فإليك هذا الدليل السريع:
- ∇- ✓- (التباعد) مقدار "انتشار" المجال من نقطة ما (مثل كثافة الشحنة).
- ∇× 𝑠× (الضفيرة) يوضح مدى "دوران" المجال حول نقطة ما (مثل الحث الكهرومغناطيسي).
تصف هذه العوامل المتجهة كيف يتصرف المجالان الكهربي والمغناطيسي في كل من المكان والزمان.
ما أهمية ذلك بالنسبة للهوائيات؟
في لوكسون إلكترونيك، عندما نقوم بتصميم هوائيات للتردد 617-6000 ميجاهرتز أو تطوير مصفوفات عالية الكسب ومزدوجة الاستقطاب مع التحكم في RET، فإننا تطبيق معادلات ماكسويل كل يوم.
كل هوائي - سواء كان المحطات القاعدية, نظام DAS داخليأو وظائف MIMO LTE من خلال إنشاء واستقبال الموجات الكهرومغناطيسية. يتم وصف هذه الموجات والتنبؤ بها والتحكم فيها من خلال البنية الأنيقة التي ابتكرها ماكسويل منذ 150 عامًا.
من الكسب والاستقطاب، إلى توجيه الحزمة ومطابقة المعاوقة - كل ذلك يرتبط بهذه المعادلات الأربع.