เสาอากาศไดโพล: เรเดียล เสาอากาศไดโพล: เรเดียล ไดโพลสองจุดพร้อมโมเมนต์ไฟฟ้า

เพื่อทำความเข้าใจพฤติกรรมของไดอิเล็กตริกในสนามในระดับจุลภาค ก่อนอื่นเราต้องอธิบายว่าระบบที่เป็นกลางทางไฟฟ้าสามารถตอบสนองต่อสนามไฟฟ้าภายนอกได้อย่างไร กรณีที่ง่ายที่สุด - ไม่มีค่าใช้จ่ายทั้งหมด - ไม่สนใจเรา เราทราบแน่นอนว่ามีประจุไฟฟ้าอยู่ในไดอิเล็กตริก - ในองค์ประกอบของอะตอม โมเลกุล ไอออนของโครงผลึก ฯลฯ ดังนั้น เราจะพิจารณาระบบที่เป็นกลางทางไฟฟ้าต่อไปนี้ในแง่ของความเรียบง่ายของการออกแบบ - ประจุสองจุดเท่ากัน มีขนาดตรงข้ามกันในเครื่องหมาย + ถามและ - ถามตั้งอยู่ในระยะทาง ลจากกันและกัน. ระบบดังกล่าวเรียกว่า ไดโพลไฟฟ้า.

ข้าว. 3.6. ไดโพลไฟฟ้า

เส้นความแรงของสนามไฟฟ้าและพื้นผิวศักย์เท่ากันของไดโพลไฟฟ้ามีลักษณะดังนี้ (รูปที่ 3.7, 3.8, 3.9)

ข้าว. 3.7. เส้นแรงสนามไฟฟ้าของไดโพลไฟฟ้า

ข้าว. 3.8. พื้นผิวที่มีศักยภาพเท่ากันของไดโพลไฟฟ้า

ข้าว. 3.9. เส้นสนามไฟฟ้าและพื้นผิวสมศักย์

ลักษณะสำคัญของไดโพลคือ เราแนะนำเวกเตอร์ ล, พุ่งออกจากประจุลบ (– ถาม) เป็นบวก (+ ถาม) แล้วเวกเตอร์ ร , เรียกว่า โมเมนต์ไฟฟ้าไดโพลหรือเพียงแค่ โมเมนต์ไดโพลถูกกำหนดให้เป็น

พิจารณาพฤติกรรมของไดโพล "แข็ง" นั่นคือระยะทางไม่เปลี่ยนแปลง - ในสนามภายนอก อี (รูปที่ 3.10)

ข้าว. 3.10. แรงที่กระทำต่อไดโพลไฟฟ้าที่อยู่ในสนามภายนอก

ให้ทิศทางของโมเมนต์ไดโพลอยู่กับเวกเตอร์ อี มุม . แรงที่กระทำต่อประจุบวกของไดโพลมีทิศทางตรงกับ อี และเท่าเทียมกัน ฉ 1 = +ถาม อี และในด้านลบ - กำกับตรงกันข้ามและเท่ากัน ฉ 2 = –ถาม อี . แรงบิดของแรงคู่นี้คือ

เพราะ คิวแอล = ร, ที่ ม = วิชาพลศึกษาบาปหรือในสัญกรณ์เวกเตอร์

(จำได้ว่าสัญลักษณ์

วิธี สินค้าเวกเตอร์เวกเตอร์ ก และ ข .) ดังนั้น ด้วยโมเมนต์ไดโพลคงที่ของโมเลกุล () โมเมนต์เชิงกลที่กระทำกับมันจึงเป็นสัดส่วนกับความเข้ม อี สนามไฟฟ้าภายนอกและขึ้นอยู่กับมุมระหว่างเวกเตอร์ ร และ อี .

ภายใต้อิทธิพลของช่วงเวลาแห่งพลัง มไดโพลหมุนและทำงานเสร็จแล้ว

ซึ่งไปเพิ่มพลังงานศักย์ของมัน จากที่นี่เราได้รับ พลังงานศักย์ของไดโพลในสนามไฟฟ้า

ถ้าเราใส่ const = 0

จะเห็นได้จากรูปที่สนามไฟฟ้าภายนอกมีแนวโน้มที่จะหมุนไดโพลในลักษณะที่เวกเตอร์ของโมเมนต์ไฟฟ้าของมัน ร มีทิศทางตรงกับเวกเตอร์ อี . ในกรณีนี้ และด้วยเหตุนี้ M = 0 ในทางกลับกัน ที่ พลังงานศักย์ของไดโพลในสนามภายนอกจะใช้ค่าต่ำสุด ซึ่งสอดคล้องกับตำแหน่ง ที่ยั่งยืนสมดุล. เมื่อไดโพลเบี่ยงเบนไปจากตำแหน่งนี้ โมเมนต์เชิงกลจะเกิดขึ้นอีกครั้ง ซึ่งทำให้ไดโพลกลับสู่ตำแหน่งเดิม ตำแหน่งสมดุลอีกตำแหน่งหนึ่งเมื่อไดโพลโมเมนต์พุ่งเข้าหาสนาม เป็น ไม่เสถียร. พลังงานศักย์ในกรณีนี้ใช้ค่าสูงสุด และด้วยการเบี่ยงเบนเพียงเล็กน้อยจากตำแหน่งนี้ แรงที่เกิดขึ้นจะไม่ส่งกลับไดโพลกลับ แต่เบี่ยงเบนไปมากกว่านั้น

บนมะเดื่อ 3.11 แสดงการทดลองที่แสดงให้เห็นการเกิดโมเมนต์ของแรงไฟฟ้าที่กระทำต่อไดอิเล็กตริกในสนามไฟฟ้า ตัวอย่างไดอิเล็กตริกที่ยืดออกซึ่งอยู่ที่บางมุมกับเส้นแรงของสนามไฟฟ้าสถิตนั้นอยู่ภายใต้ช่วงเวลาของแรงที่มีแนวโน้มที่จะหมุนตัวอย่างนี้ไปตามสนาม แท่งไดอิเล็กตริกที่แขวนอยู่ตรงกลางภายในตัวเก็บประจุแบบแบนจะหมุนตั้งฉากกับเพลตหลังจากใช้ไฟฟ้าแรงสูงจากเครื่องไฟฟ้าสถิตกับพวกมัน ลักษณะของแรงบิดเกิดจากการทำงานร่วมกันของแท่งโพลาไรซ์กับสนามไฟฟ้าของตัวเก็บประจุ

ข้าว. 3.11. โมเมนต์ของแรงไฟฟ้าที่กระทำต่อไดอิเล็กตริกในสนามไฟฟ้า

ในกรณีของสนามที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ไดโพลที่กำลังพิจารณาจะได้รับผลกระทบจากแรงลัพธ์ด้วยเช่นกัน ฉ ravn พยายามที่จะย้ายเขา เราจะพิจารณาเป็นกรณีพิเศษที่นี่ ลองกำหนดทิศทางแกน x ไปตามสนาม อี . ให้ไดโพลที่อยู่ใต้แรงกระทำของสนามหมุนไปตามแนวแรงแล้ว เพื่อให้ประจุลบอยู่ที่จุดพิกัด xและประจุบวกจะอยู่ที่จุดพิกัด เอ็กซ์ +ล. ลองนึกภาพว่าขนาดของความแรงของสนามขึ้นอยู่กับพิกัด เอ็กซ์. แล้วแรงลัพธ์ ฉ เท่ากับ

ผลลัพธ์เดียวกันสามารถหาได้จากความสัมพันธ์ทั่วไป

โดยที่พลังงาน P ถูกกำหนดไว้ใน (3.8) ถ้า อี เพิ่มขึ้นตามการเติบโต x, ที่

และเส้นโครงของแรงลัพธ์เป็นบวก ซึ่งหมายความว่ามีแนวโน้มที่จะดึงไดโพลเข้ามาในบริเวณที่มีความแรงของสนามมากกว่า สิ่งนี้อธิบายถึงผลกระทบที่ทราบกันดีเมื่อกระดาษที่เป็นกลางถูกดึงดูดไปยังหวีไฟฟ้า ในตัวเก็บประจุแบบแบนที่มีสนามสม่ำเสมอ พวกมันจะยังคงอยู่กับที่

ให้เราพิจารณาการทดลองหลายอย่างที่แสดงให้เห็นการเกิดขึ้นของแรงที่กระทำต่อไดอิเล็กตริกที่อยู่ในสนามไฟฟ้าที่ไม่เอกพันธ์

บนมะเดื่อ 3.12 แสดงการดึงไดอิเล็กตริกเข้าไปในช่องว่างระหว่างแผ่นของตัวเก็บประจุแบบแบน ในสนามไฟฟ้าสถิตแบบเอกพันธ์ แรงกระทำต่อไดอิเล็กตริก ดึงมันเข้าไปในบริเวณสนามที่แรงกว่า

ข้าว. 3.12. การวาดอิเล็กทริกเหลวลงในตัวเก็บประจุแบบแบน

สิ่งนี้แสดงให้เห็นโดยใช้ภาชนะโปร่งใสที่วางตัวเก็บประจุแบบแบนและเทอิเล็กทริกเหลว - น้ำมันก๊าดจำนวนหนึ่ง (รูปที่ 3.13) ตัวเก็บประจุเชื่อมต่อกับแหล่งพลังงานไฟฟ้าแรงสูง - เครื่องไฟฟ้าสถิต เมื่อทำงานที่ขอบล่างของตัวเก็บประจุ ในพื้นที่ของสนามที่ไม่สม่ำเสมอ แรงที่กระทำกับน้ำมันก๊าดจะดึงเข้าไปในช่องว่างระหว่างจาน ดังนั้นระดับน้ำมันก๊าดภายในคอนเดนเซอร์จึงตั้งไว้สูงกว่าภายนอก หลังจากปิดสนาม ระดับน้ำมันก๊าดระหว่างจานจะลดลงถึงระดับในภาชนะ

ข้าว. 3.13. การดึงน้ำมันก๊าดเข้าไปในช่องว่างระหว่างแผ่นของตัวเก็บประจุแบบแบน

ในสารจริง ไม่ค่อยพบไดโพลที่เกิดจากประจุเพียงสองประจุ เรามักจะจัดการกับระบบที่ซับซ้อนมากขึ้น แต่แนวคิดของโมเมนต์ไดโพลไฟฟ้ายังใช้ได้กับระบบที่มีประจุจำนวนมาก ในกรณีนี้ ไดโพลโมเมนต์ถูกกำหนดเป็น

โดยที่ คือค่าของค่าธรรมเนียมที่มีตัวเลข ฉันและเวกเตอร์รัศมีกำหนดตำแหน่งของมัน ตามลำดับ ในกรณีสองข้อหา เรามาถึงการแสดงออกก่อนหน้า

ให้ระบบประจุของเราเป็นกลางทางไฟฟ้า มันมีประจุบวกซึ่งเราจะแสดงขนาดและตำแหน่งด้วยดัชนี "+" เราจะให้ค่าสัมบูรณ์ของประจุลบและเวกเตอร์รัศมีด้วยดัชนี "–" จากนั้นนิพจน์ (3.10) สามารถเขียนเป็น

ใน (3.11) เทอมแรก ผลรวมอยู่เหนือประจุบวกทั้งหมด และในเทอมที่สอง ผลรวมของประจุลบทั้งหมดของระบบ

นิพจน์ (3.13) คล้ายกับสูตรสำหรับจุดศูนย์กลางมวลในกลศาสตร์ ดังนั้นเราจึงเรียกมันว่าจุดศูนย์กลางของประจุบวกและประจุลบตามลำดับ ด้วยสัญลักษณ์เหล่านี้และคำนึงถึงความสัมพันธ์ (3.12) เราเขียน โมเมนต์ไดโพลไฟฟ้า(3.11) ระบบชาร์จเช่น

ที่ไหน ล เป็นเวกเตอร์ที่ลากจากจุดศูนย์กลางของประจุลบไปยังจุดศูนย์กลางของประจุบวก จุดประสงค์ของแบบฝึกหัดของเราคือเพื่อแสดงให้เห็นว่าระบบประจุที่เป็นกลางทางไฟฟ้าใดๆ สามารถแสดงเป็นไดโพลที่สมมูลกันบางประเภทได้

เครื่องสั่นแบบวนซ้ำของซีรีส์ "D" (อะนาล็อกต่างประเทศที่ใกล้เคียงที่สุดของ ANT150D จาก Telewave) ถูกถอดประกอบจากสามส่วน - ตัวสั่นแบบวน (1) ตัวหมุน (2) และชุดติดตั้ง (3) (ดูรูป)

เครื่องสั่นแบบห่วงทำจากท่ออะลูมิเนียมผนังหนาและยาวประมาณ ?/2 หน่วยยึด (4) ถูกเชื่อมเข้ากับการเคลื่อนที่โดยใช้การเชื่อมอาร์กอนซึ่งรับประกันการสัมผัสทางไฟฟ้าที่เชื่อถือได้ในแอนติโนดปัจจุบัน ใช้หม้อแปลง 1/4 คลื่นเพื่อจับคู่กับสายเคเบิล 50 โอห์ม ด้วยสายไฟที่วางอยู่ภายในไดโพล เสาอากาศจึงมีความสมดุล

หน้าสัมผัสทั้งหมดถูกบัดกรีและมีการทาสีการเชื่อมต่อของสกรู หน่วยพลังงานทั้งหมดถูกปิดผนึก: ท่อ PVC ใช้สำหรับทำให้แข็งและท่อหดด้วยความร้อนใช้สำหรับปิดผนึกร่วมกับยาแนวกาวระดับโมเลกุล (5) เสาอากาศทั้งหมดได้รับการปกป้องจากสภาพแวดล้อมที่รุนแรงด้วยการเคลือบโพลีเมอร์ การเคลื่อนที่ของเสาอากาศ - ท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 35 มม. ได้รับการติดตั้งอย่างระมัดระวังเข้ากับไดโพลเพื่ออำนวยความสะดวกในการติดตั้งเสาอากาศ จุดยึดกับเสา - ซิลูมิเนียมหล่อ การประมวลผลเพิ่มเติมยังให้การเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้ด้วยการเคลื่อนที่และการยึดติดกับเสาที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 38-65 มม. ที่มุมใดก็ได้ เสาอากาศมีเครื่องหมาย (6) สำหรับการวางขั้นตอนที่ถูกต้อง เช่นเดียวกับรูระบายน้ำ (7) ที่ด้านล่างของเครื่องสั่น

เสาอากาศใช้สายเคเบิลภายในประเทศ (8) RK 50-7-11 ที่มีการสูญเสียต่ำ (0.09 dB/m ที่ 150 MHz) เสาอากาศมาพร้อมกับขั้วต่อชนิด N (9) ซึ่งบัดกรีและปิดผนึกอย่างระมัดระวัง

บรรจุภัณฑ์กระดาษแข็งที่สะดวกช่วยให้คุณขนส่งเสาอากาศด้วยวิธีการขนส่งใด ๆ

ไดโพลแบบวนซ้ำของซีรีส์ "DP" มีความแตกต่างด้านการออกแบบจากไดโพลของซีรีส์ "D"

ประการแรก เสาอากาศนี้มีการออกแบบที่ไม่สามารถแยกออกได้ - ตัวไดโพลเอง (10) ถูกเชื่อมเข้ากับการเคลื่อนที่ระยะสั้น (11) แหล่งจ่ายไฟของไดโพลนั้นไม่สมมาตรซึ่งไม่ทำให้คุณสมบัติของมันลดลงแม้แต่น้อย เนื่องจากอยู่ใกล้กับเสา - แผ่นสะท้อนแสง แถบจึงค่อนข้างแคบและมีจำนวน 150-170 MHz และระดับรังสีด้านหลังลดลง 10 เดซิเบล แต่ในทิศทางหลักจะได้รับ 3 dBd

ประการที่สองสิ่งที่แนบมากับเสาทำจากที่หนีบเหล็กชุบสังกะสีน้ำหนักเบา (12) และช่วยให้คุณติดเสาอากาศเข้ากับเสา (13) ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 25-60 มม. ในแง่อื่นๆ เทคโนโลยีการผลิตเสาอากาศของซีรีส์ "DP" ไม่แตกต่างจากไดโพลของซีรีส์ "D"

ไดโพลของซีรีย์ "DH" เป็นเสาอากาศที่ถูกที่สุด เป็นชุดก่อสร้าง "ทำเอง" ซึ่งภายในไม่กี่นาที คุณจะประกอบเครื่องสั่นเชิงเส้นแบบคลาสสิกที่มีการจับคู่แกมม่าได้โดยใช้คำแนะนำของเราภายในไม่กี่นาที ตัวอิมิตเตอร์นั้นรวมอยู่ในชุด - พินที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 12 มม. (14), การเคลื่อนที่ (15) พร้อมรูสำหรับติดตั้งและตัวยึดแบบเชื่อมพร้อมขั้วต่อ (16)

รายละเอียดของตัวจับคู่แกมมาช่วยให้คุณปรับไดโพลได้เกือบจะสมบูรณ์แบบในทุกความถี่ที่คุณเลือก (โดยใช้รีเฟลกโตมิเตอร์แบบธรรมดา)

แต่ละไดโพลมีการติดตั้ง คำแนะนำโดยละเอียดในการตั้งค่าและกราฟความยาวของเครื่องสั่น

ในมือของผู้เชี่ยวชาญชุดนี้จะกลายเป็นระบบเสาอากาศประสิทธิภาพสูงในการสื่อสารที่แท้จริง!

อุปกรณ์ไร้สายทุกเครื่องต้องมีเสาอากาศ อุปกรณ์เชิงกลที่นำไฟฟ้านี้เป็นทรานสดิวเซอร์ที่แปลงสัญญาณความถี่วิทยุ (RF) ที่ส่งเป็นสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่ประกอบกันเป็นคลื่นวิทยุ นอกจากนี้ยังแปลงคลื่นวิทยุที่ได้รับกลับเป็นสัญญาณไฟฟ้า การกำหนดค่าเสาอากาศเป็นไปได้เกือบไม่สิ้นสุด อย่างไรก็ตาม ส่วนใหญ่จะขึ้นอยู่กับสองประเภทหลัก: เสาอากาศไดโพลและแส้

แนวคิดของ "เสาอากาศ"

คลื่นวิทยุประกอบด้วยสนามไฟฟ้าที่ตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก ทั้งสองตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจาย (รูปด้านล่าง) สนามแม่เหล็กไฟฟ้านี้สร้างเสาอากาศ สัญญาณที่ปล่อยออกมาจากอุปกรณ์จะถูกสร้างขึ้นในเครื่องส่งสัญญาณ จากนั้นจึงส่งไปยังเสาอากาศผ่านสายส่งสัญญาณ โดยปกติจะเป็นสายโคแอกเซียล

เส้นเหล่านี้คือเส้นแรงแม่เหล็กและเส้นแรงไฟฟ้าที่เคลื่อนเข้าหากันและเกื้อหนุนกันขณะที่พวกมัน "เคลื่อนออก" จากเสาอากาศ

แรงดันไฟฟ้าจะสร้างสนามไฟฟ้ารอบๆ เสาอากาศ กระแสในเสาอากาศจะสร้างสนามแม่เหล็ก สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กรวมกันและสร้างใหม่ตามสมการที่รู้จักของ Maxwell และคลื่น "รวมกัน" จะถูกส่งจากเสาอากาศไปยังอวกาศ เมื่อได้รับสัญญาณ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้าในเสาอากาศ ซึ่งจะแปลงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากลับเป็นสัญญาณไฟฟ้าที่สามารถประมวลผลต่อไปได้

ข้อพิจารณาหลักในการวางแนวของสายอากาศคือโพลาไรซ์ ซึ่งหมายถึงการวางแนวของสนามไฟฟ้า (E) กับกราวด์ นอกจากนี้ยังเป็นการวางแนวขององค์ประกอบการส่งสัญญาณที่สัมพันธ์กับพื้นดิน เสาอากาศที่ติดตั้งในแนวตั้ง ตั้งฉากกับพื้น แผ่คลื่นโพลาไรซ์ในแนวตั้ง ดังนั้น เสาอากาศที่วางในแนวนอนจะแผ่คลื่นโพลาไรซ์ในแนวนอน

โพลาไรเซชันสามารถเป็นวงกลมได้เช่นกัน การกำหนดค่าพิเศษ เช่น เสาอากาศแบบเกลียวหรือแบบเกลียวสามารถแผ่คลื่นที่หมุนได้ ทำให้เกิดคลื่นโพลาไรซ์ที่หมุนได้ เสาอากาศสามารถสร้างทิศทางการหมุนไปทางขวาหรือทางซ้าย

ตามหลักการแล้ว เสาอากาศของทั้งตัวส่งและตัวรับควรมีโพลาไรซ์เหมือนกัน ที่ความถี่ต่ำกว่าประมาณ 30 MHz โดยทั่วไปคลื่นจะสะท้อน หักเห หมุน หรือดัดแปลงโดยบรรยากาศ พื้น หรือวัตถุอื่นๆ ดังนั้นการจับคู่โพลาไรเซชันของทั้งสองด้านจึงไม่ใช่เรื่องสำคัญ ที่ความถี่ VHF, UHF และ SHF โพลาไรเซชันจะต้องเหมือนกันเพื่อให้แน่ใจว่ามีการส่งสัญญาณที่ดีที่สุด และโปรดทราบว่าสายอากาศแสดงการแลกเปลี่ยนซึ่งกันและกัน นั่นคือ ใช้งานได้ดีพอๆ กันทั้งในการส่งและรับ

ไดโพลหรือสายอากาศไดโพล

ไดโพลคือโครงสร้างแบบครึ่งคลื่นที่ทำจากลวด ท่อ แผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) หรือวัสดุนำไฟฟ้าอื่นๆ มันถูกแบ่งออกเป็นสองช่วงความยาวคลื่นในสี่ส่วนเท่าๆ กัน และถูกป้อนโดยสายส่ง

เส้นแสดงการกระจายของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก หนึ่งความยาวคลื่น (λ) เท่ากับ:

ครึ่งคลื่น:

λ/2 = 492/f เมกะเฮิรตซ์

โดยปกติแล้วความยาวจริงจะลดลงตามขนาดของสายอากาศ การประมาณความยาวทางไฟฟ้าที่ดีที่สุด:

λ/2 = 492 K/f เมกะเฮิรตซ์

โดยที่ K คือค่าสัมประสิทธิ์ที่เกี่ยวข้องกับเส้นผ่านศูนย์กลางของตัวนำกับความยาวของมัน นี่คือ 0.95 สำหรับเสาอากาศแบบมีสายที่มีความถี่ 30 MHz หรือน้อยกว่า หรือ:

λ/2 = 468/f เมกะเฮิรตซ์

ความยาวเป็นนิ้ว:

λ/2 = 5904 K/f เมกะเฮิรตซ์

ค่า K มีค่าน้อยกว่าสำหรับองค์ประกอบที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่า สำหรับท่อขนาดครึ่งนิ้ว K คือ 0.945 ช่องไดโพลสำหรับ 165 MHz ควรเป็น:

λ/2 = 5904(0.945)/165 = 33.81 นิ้ว

หรือ 16.9" สองส่วน

ความยาวมีความสำคัญเนื่องจากเสาอากาศเป็นอุปกรณ์เรโซแนนซ์ เพื่อประสิทธิภาพการแผ่รังสีสูงสุด จะต้องปรับความถี่ในการทำงาน อย่างไรก็ตาม เสาอากาศทำงานได้ดีในช่วงความถี่แคบ เช่น ตัวกรองเรโซแนนซ์

แบนด์วิธของไดโพลเป็นหน้าที่ของโครงสร้าง มักถูกกำหนดให้เป็นช่วงที่อัตราส่วนคลื่นนิ่งของเสาอากาศ (SWR) น้อยกว่า 2:1 SWR ถูกกำหนดโดยขนาดของสัญญาณที่สะท้อนจากอุปกรณ์ย้อนกลับผ่านสายส่งที่ป้อนเข้ามา เป็นฟังก์ชันของอิมพีแดนซ์ของสายอากาศที่สัมพันธ์กับอิมพีแดนซ์ของสายส่ง

สายส่งที่เหมาะสมคือคู่ตัวนำที่สมดุลซึ่งมีความต้านทาน 75 โอห์ม คุณยังสามารถใช้สายโคแอกเชียลที่มีอิมพีแดนซ์คุณลักษณะ 75 โอห์ม (ZO) นอกจากนี้ยังสามารถใช้สายโคแอกเชียลที่มีอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะที่ 50 โอห์มได้เนื่องจากเข้ากันได้ดีกับสายอากาศหากมีความยาวคลื่นน้อยกว่าครึ่งหนึ่งเหนือพื้นดิน

สายโคแอ็กซ์เป็นสายที่ไม่สมดุล เนื่องจากกระแส RF จะไหลออกนอกโคแอ็กซ์ชิลด์ ทำให้เกิดสัญญาณรบกวนที่ไม่ต้องการในอุปกรณ์ใกล้เคียง แม้ว่าเสาอากาศจะทำงานได้ดีพอสมควรก็ตาม วิธีการป้อนที่ดีที่สุดคือการใช้บาลันที่จุดป้อนด้วยสายโคแอกเชียล หม้อแปลงบาลันเป็นอุปกรณ์หม้อแปลงที่แปลงสัญญาณบาลานซ์เป็นสัญญาณไม่บาลานซ์หรือกลับกัน

ไดโพลสามารถติดตั้งในแนวนอนหรือแนวตั้งขึ้นอยู่กับโพลาไรซ์ที่ต้องการ เส้นป้อนควรตั้งฉากกับองค์ประกอบที่แผ่รังสีเพื่อหลีกเลี่ยงการบิดเบือนของรังสี ดังนั้นไดโพลจึงมักวางในแนวนอน

รูปแบบการแผ่รังสีของสัญญาณเสาอากาศขึ้นอยู่กับโครงสร้างและการติดตั้ง การแผ่รังสีทางกายภาพเป็นสามมิติ แต่โดยปกติจะแสดงด้วยรูปแบบการแผ่รังสีทั้งแนวนอนและแนวตั้ง

รูปแบบการแผ่รังสีแนวนอนของไดโพลคือเลขแปด (รูปที่ 3) สัญญาณสูงสุดปรากฏบนเสาอากาศ รูปที่ 4 แสดงรูปแบบการแผ่รังสีในแนวตั้ง รูปแบบเหล่านี้เป็นรูปแบบในอุดมคติที่พื้นและวัตถุใกล้เคียงบิดเบี้ยวได้ง่าย

อัตราขยายของเสาอากาศเกี่ยวข้องกับทิศทาง อัตราขยายมักจะแสดงเป็นเดซิเบล (dB) ตาม "ข้อมูลอ้างอิง" บางอย่าง เช่น สายอากาศแบบไอโซโทรปิก ซึ่งเป็นจุดกำเนิดพลังงาน RF ที่แผ่สัญญาณไปทุกทิศทาง ลองนึกถึงแหล่งกำเนิดแสงที่ส่องสว่างภายในทรงกลมที่กำลังขยายตัว เสาอากาศแบบไอโซทรอปิกมีอัตราขยาย 1 หรือ 0 เดซิเบล

หากเครื่องส่งสัญญาณกำหนดรูปแบบหรือโฟกัสรูปแบบการแผ่รังสีและทำให้มีทิศทางมากขึ้น ก็จะมีอัตราขยายของเสาอากาศแบบไอโซโทรปิก ไดโพลได้รับ 2.16 dBi จากแหล่งไอโซทรอปิก ในบางกรณี อัตราขยายจะแสดงเป็นฟังก์ชันของการอ้างอิงไดโพลในหน่วย dBd

เสาอากาศแนวตั้งพร้อมตัวสะท้อนแสงแนวนอนเพิ่มเติม

อุปกรณ์นี้โดยพื้นฐานแล้วเป็นไดโพลครึ่งหนึ่งที่ติดตั้งในแนวตั้ง คำว่า monopole ยังใช้เพื่ออธิบายการตั้งค่านี้ พื้นด้านล่างเสาอากาศ ซึ่งเป็นพื้นผิวตัวนำที่มีรัศมี λ/4 ที่เล็กที่สุด หรือรูปแบบของตัวนำ λ/4 ที่เรียกว่ารัศมี ประกอบขึ้นเป็นอีกครึ่งหนึ่งของเสาอากาศ (รูปที่ 5)

ถ้าสายอากาศเชื่อมต่อกับกราวด์ที่ดี จะเรียกว่าสายอากาศ Marconi โครงสร้างหลักคืออีกครึ่งหนึ่งของทรานสมิตเตอร์ หากระนาบดินมีขนาดและค่าการนำไฟฟ้าเพียงพอ ประสิทธิภาพการต่อสายดินจะเทียบเท่ากับไดโพลที่ติดตั้งในแนวตั้ง

ความยาวของคลื่นแนวตั้งหนึ่งในสี่ส่วน:

λ/4 = 246 K/f เมกะเฮิรตซ์

ค่า K น้อยกว่า 0.95 สำหรับแนวตั้ง ซึ่งมักจะทำด้วยท่อที่กว้างกว่า

อิมพีแดนซ์ของฟีดพอยต์คือครึ่งไดโพล หรือประมาณ 36 โอห์ม ตัวเลขจริงขึ้นอยู่กับความสูงเหนือพื้นดิน เช่นเดียวกับไดโพล ระนาบพื้นมีความกังวานและมักจะมีองค์ประกอบปฏิกิริยาในอิมพีแดนซ์พื้นฐาน สายส่งที่พบมากที่สุดคือสายโคแอกเชียล 50-Ω เนื่องจากตรงกับอิมพีแดนซ์ของสายอากาศค่อนข้างดีโดยมี SWR ต่ำกว่า 2:1

เสาอากาศแนวตั้งที่มีองค์ประกอบสะท้อนแสงเพิ่มเติมเป็นแบบรอบทิศทาง รูปแบบการแผ่รังสีในแนวนอนคือวงกลมที่อุปกรณ์ส่งสัญญาณได้ดีเท่าๆ กันในทุกทิศทาง รูปที่ 6 แสดงรูปแบบการแผ่รังสีในแนวตั้ง เมื่อเทียบกับรูปแบบไดโพลแนวตั้ง ระนาบพื้นมีมุมการแผ่รังสีที่ต่ำกว่า ซึ่งมีข้อได้เปรียบในการแพร่กระจายที่กว้างกว่าที่ความถี่ต่ำกว่าประมาณ 50 MHz

ข้อสรุป

นอกจากนี้ยังสามารถจัดหาเสาอากาศแนวตั้งสองเสาขึ้นไปพร้อมองค์ประกอบสะท้อนแสงเพิ่มเติมเพื่อสร้างสัญญาณเกนที่มีทิศทางมากขึ้น ตัวอย่างเช่น สถานีวิทยุ AM แบบกำหนดทิศทางจะใช้เสาสัญญาณสองเสาขึ้นไปเพื่อส่งสัญญาณที่แรงในทิศทางหนึ่งในขณะที่อีกเสาหนึ่งยกเลิก

อัตราส่วนคลื่นนิ่ง

คลื่นนิ่งเป็นรูปแบบการกระจายแรงดันและกระแสไปตามสายส่ง ถ้าอิมพีแดนซ์คุณลักษณะ (ZO) ของเส้นตรงกับอิมพีแดนซ์เอาต์พุตของเครื่องกำเนิด (เครื่องส่ง) และโหลดของเสาอากาศ แรงดันและกระแสตามเส้นจะคงที่ เมื่ออิมพีแดนซ์ตรงกัน การถ่ายโอนพลังงานสูงสุดจะเกิดขึ้น

หากโหลดของเสาอากาศไม่ตรงกับอิมพีแดนซ์ของสาย แสดงว่ากำลังส่งบางส่วนไม่ได้ถูกดูดซับโดยโหลด พลังงานใดๆ ที่ไม่ถูกดูดกลืนโดยเสาอากาศจะสะท้อนกลับลงไปตามสาย ขัดขวางสัญญาณโดยตรง และสร้างกระแสและแรงดันที่ผันแปรตามสาย ความผันแปรเหล่านี้เป็นคลื่นนิ่ง

การวัดความแตกต่างนี้คืออัตราส่วนคลื่นนิ่ง (SWR) SWR มักจะแสดงเป็นอัตราส่วนของค่าสูงสุดและต่ำสุดของค่ากระแสหรือแรงดันไปข้างหน้าและย้อนกลับตามเส้น:

SWR = ฉันสูงสุด / ฉันต่ำสุด = V สูงสุด / V นาที

อื่นๆเพิ่มเติม ด้วยวิธีง่ายๆในการแสดง SWR คืออัตราส่วนของอิมพีแดนซ์การจำแนกลักษณะของสายส่ง (Zo) ต่ออิมพีแดนซ์ของเสาอากาศ (R):

SWR \u003d Z o /R หรือ R / Z o

แล้วแต่อิมพีแดนซ์ใดจะมากกว่า

SWR ในอุดมคติคือ 1:1 SWR ที่ 2 ต่อ 1 บ่งชี้ว่ามีกำลังสะท้อนกลับ 10% ซึ่งหมายความว่า 90% ของกำลังส่งไปที่เสาอากาศ โดยทั่วไปแล้ว SWR ที่ 2:1 ถือเป็นค่าสูงสุดที่อนุญาตสำหรับการทำงานของระบบที่มีประสิทธิภาพสูงสุด

พลังงานศักย์ของไดโพลแข็ง

พิจารณาสิ่งที่เรียกว่าฮาร์ดไดโพล - ไดโพลที่ระยะห่างระหว่างประจุไม่เปลี่ยนแปลง ($l=const$) มาดูกันว่าไดโพลมีพลังงานศักย์เท่าใดในสนามไฟฟ้าสถิตภายนอก ถ้าประจุ $q$ ซึ่งอยู่ที่จุดของสนามที่มีศักยภาพ $\varphi $ มีพลังงานศักย์เท่ากับ:

ดังนั้นพลังงานของไดโพลคือ:

โดยที่ $(\varphi )_+;(\varphi )_-$ คือศักยภาพของฟิลด์ภายนอก ณ จุดที่มีค่าใช้จ่าย $q$ และ $-q$ ตั้งอยู่ ศักยภาพของสนามไฟฟ้าสถิตจะลดลงในแนวเส้นตรงหากสนามมีความสม่ำเสมอในทิศทางของเวกเตอร์ความแรงของสนาม หันแกน X ไปตามสนาม (รูปที่ 1) จากนั้นเราจะได้รับ:

จากมะเดื่อ 1 เราเห็นว่าการเปลี่ยนแปลงที่เป็นไปได้จาก $(\varphi )_+ เป็น\ (\varphi )_-$ เกิดขึ้นในส่วน $\triangle x=lcos \vartheta$ ดังนั้น:

โมเมนต์ไฟฟ้าของไดโพล

แทน (4) เป็น (2) จะได้:

โดยที่ $\overrightarrow(p)$=$q\overrightarrow(l)$ คือโมเมนต์ไฟฟ้าของไดโพล สมการ (6) ไม่ได้คำนึงถึงพลังงานอันตรกิริยาของประจุไดโพล สูตร (6) ได้รับมาภายใต้เงื่อนไขที่ว่าฟิลด์นั้นเป็นเนื้อเดียวกัน อย่างไรก็ตาม มันยังใช้ได้สำหรับฟิลด์ที่เป็นเนื้อเดียวกัน

ตัวอย่างที่ 1

ภารกิจ: พิจารณาไดโพลที่อยู่ในสนามที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งมีความสมมาตรรอบแกน X อธิบายว่าไดโพลจะทำงานอย่างไรในสนามดังกล่าวในแง่ของแรงที่กระทำกับมัน

ให้จุดศูนย์กลางของไดโพลอยู่บนแกน X (รูปที่ 2) มุมระหว่างไดโพลอาร์มกับแกน X คือ $\vartheta \ne \frac(\pi )(2)$ ในกรณีของเรา แรงคือ $F_1\ne F_2$ แรงบิดจะกระทำต่อไดโพลและ

แรงที่มีแนวโน้มที่จะเคลื่อนไดโพลไปตามแกน X ในการหาโมดูลัสของแรงนี้ เราใช้สูตร:

ตามสมการของพลังงานศักย์ของไดโพล เราได้:

เราถือว่า $\vartheta=const$

สำหรับจุดของแกน X เรามี:

\ \

สำหรับ $\vartheta 0$ หมายความว่าไดโพลถูกดึงเข้าไปในพื้นที่ของสนามที่แรงกว่า สำหรับ $\vartheta >\frac(\pi )(2)$ $F_x

โปรดทราบว่าหาก $-\frac(\partial W)(\partial x)=F_x$ อนุพันธ์ของพลังงานศักย์จะให้เส้นโครงของแรงบนแกนที่สอดคล้องกัน ดังนั้นอนุพันธ์ของ $-\frac(\partial W) (\partial \vartheta) =M_\vartheta$ ให้เส้นโครงของแรงบิดบนแกน $?$:

\[-\frac(\partial W)(\partial \vartheta)=M_\vartheta=-pEsin \vartheta (1.4.)\]

ในสูตร (1.4) ลบ หมายความว่าโมเมนต์มีแนวโน้มที่จะลดมุมระหว่างโมเมนต์ไฟฟ้าของไดโพลกับเวกเตอร์ความแรงของสนาม ไดโพลในสนามไฟฟ้ามีแนวโน้มที่จะหมุนเพื่อให้โมเมนต์ไฟฟ้าของไดโพลขนานกับสนาม ($\overrightarrow(p)\uparrow \uparrow \overrightarrow(E)$) สำหรับ $\overrightarrow(p)\uparrow \downarrow \overrightarrow(E)$ แรงบิดจะเป็นศูนย์เช่นกัน แต่สมดุลนี้ไม่คงที่

ตัวอย่างที่ 2

งาน: ไดโพลสองตัวอยู่ห่างจากกันและกัน $r$ แกนของมันอยู่บนเส้นตรงเดียวกัน โมเมนต์ไฟฟ้าตามลำดับ: $p_1$ และ $p_2$ คำนวณพลังงานศักย์ของไดโพลใด ๆ ซึ่งจะสอดคล้องกับตำแหน่งของสมดุลที่เสถียร

ระบบจะอยู่ในสภาวะสมดุลเมื่อไดโพลอยู่ในแนวเดียวกันดังแสดงในรูปที่ 3, ข้างสนาม, ชาร์จตรงข้ามป้ายกัน.

เราจะถือว่าสนามสร้างไดโพลด้วยโมเมนต์ $p_1$ เราจะมองหาพลังงานศักย์ของไดโพลซึ่งมีโมเมนต์ไฟฟ้า $p_2$ ที่จุดสนาม (A) ที่ระยะ r จากไดโพลแรก . เราถือว่าแขนไดโพลมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับระยะห่างระหว่างไดโพล ($l\ll r$) ไดโพลสามารถใช้เป็นจุดได้ (ดังนั้นเราจึงถือว่าไดโพลที่มีโมเมนต์ $p_2\ ตั้งอยู่\ ที่\ จุด\ A$) ความแรงของสนามที่สร้างไดโพลบนแกนของมันที่จุด A คือโมดูโล (สำหรับ $\varepsilon =1$):

พลังงานศักย์ของไดโพลที่มีโมเมนต์ $p_2$ ที่จุด A แสดงได้ด้วยสูตร:

โดยที่เราพิจารณาว่าเวกเตอร์ของความตึงเครียดและโมเมนต์ไฟฟ้าของไดโพลนั้นมีทิศทางร่วมในสภาวะสมดุลที่เสถียร ในกรณีนี้ พลังงานศักย์ของไดโพลที่สองจะเท่ากับ:

คำตอบ: พลังงานศักย์ของไดโพลจะเท่ากับ $W=-p_2\frac(p_1)(2\pi (\varepsilon )_0r^3)$

พิจารณาฟิลด์ของระบบการเรียกเก็บเงินแบบจุดที่ง่ายที่สุด ระบบจุดประจุที่ง่ายที่สุดคือไดโพลไฟฟ้า ไดโพลไฟฟ้าคือชุดของประจุสองจุดที่มีขนาดเท่ากันแต่มีเครื่องหมายตรงกันข้าม -คิวและ +คิวขยับสัมพันธ์กันตามระยะทาง อนุญาต เป็นเวกเตอร์รัศมีที่ลากจากประจุลบไปยังประจุบวก เวกเตอร์

เรียกว่าโมเมนต์ไฟฟ้าของไดโพลหรือโมเมนต์ไดโพล และเวกเตอร์เรียกว่าแขนของไดโพล หากความยาวนั้นเล็กน้อยเมื่อเทียบกับระยะทางจากไดโพลถึงจุดสังเกต จะเรียกว่าไดโพลแบบพอยต์ไดโพล

ให้เราคำนวณสนามไฟฟ้าของไดโพลจุดไฟฟ้า เนื่องจากไดโพลเป็นจุด ความแม่นยำในการคำนวณจึงวัดระยะทางจากจุดใดของไดโพลไม่ได้ รถึงจุดสังเกต ให้จุดสังเกต กอยู่บนความต่อเนื่องของแกนไดโพล (รูปที่ 1.13) ตามหลักการของการซ้อนทับสำหรับเวกเตอร์ความเข้ม ความแรงของสนามไฟฟ้า ณ จุดนี้จะเท่ากับ

สันนิษฐานว่า , .

ในรูปแบบเวกเตอร์

จุดแข็งของสนามอยู่ที่ไหนและตื่นเต้นกับการชาร์จแบบจุด -คิวและ + ถาม. รูปที่ 1.14 แสดงให้เห็นว่าเวกเตอร์ขนานกับเวกเตอร์และโมดูลสำหรับไดโพลจุดถูกกำหนดโดยนิพจน์

ในที่นี้จะนำมาพิจารณาว่าภายใต้สมมติฐานที่ทำขึ้น

ในรูปแบบเวกเตอร์ นิพจน์สุดท้ายจะถูกเขียนใหม่ดังนี้

ไม่จำเป็นว่าตั้งฉาก จสผ่านจุดศูนย์กลางของจุดไดโพล ในการประมาณที่ยอมรับ สูตรผลลัพธ์ยังคงเป็นจริงแม้ว่าจะเลยจุดไปแล้วก็ตาม เกี่ยวกับยอมรับจุดไดโพลใดก็ได้

กรณีทั่วไปจะลดลงเหลือเฉพาะกรณีที่วิเคราะห์ (รูปที่ 1.15) ปล่อยวางจากค่า + ถามตั้งฉาก ซีดีถึงแนวสังเกตการณ์ เวอร์จิเนีย. มาใส่ประเด็นกัน งค่าใช้จ่ายสองจุด + ถามและ -คิว. จะไม่เปลี่ยนฟิลด์ แต่ชุดของประจุทั้งสี่ที่เกิดขึ้นนั้นสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นชุดของสองไดโพลที่มีโมเมนต์ไดโพล และ เราสามารถแทนที่ไดโพลด้วยผลรวมทางเรขาคณิตของไดโพล และ นำไปใช้กับไดโพลสูตรที่ได้รับก่อนหน้านี้สำหรับความเข้มของความต่อเนื่องของแกนไดโพลและในแนวตั้งฉากที่คืนค่ากับแกนไดโพลตามหลักการซ้อนทับ เราได้รับ:

เมื่อพิจารณาแล้ว เราจะได้รับ:

ใช้ที่นี่ว่า.

ดังนั้นจึงเป็นลักษณะของสนามไฟฟ้าของไดโพลที่ลดลงในทุกทิศทางตามสัดส่วน นั่นคือเร็วกว่าสนามของจุดประจุ

พิจารณาแรงที่กระทำต่อไดโพลในสนามไฟฟ้า ในสนามเครื่องแบบ ค่าธรรมเนียม + ถามและ -คิวจะอยู่ภายใต้การกระทำของแรงที่มีขนาดเท่ากันและมีทิศทางตรงกันข้าม และ (รูปที่ 1.16) โมเมนต์ของแรงคู่นี้จะเป็น:

โมเมนต์มีแนวโน้มที่จะหมุนแกนไดโพลไปยังตำแหน่งสมดุล นั่นคือในทิศทางของเวกเตอร์ มีตำแหน่งสมดุลของไดโพลสองตำแหน่ง: เมื่อไดโพลขนานกับสนามไฟฟ้าและขนานกับสนามไฟฟ้า ตำแหน่งแรกจะคงที่ แต่ตำแหน่งที่สองจะไม่ เนื่องจากในกรณีแรก เมื่อมีการเบี่ยงเบนเล็กน้อยของไดโพลจากตำแหน่งสมดุล ช่วงเวลาของแรงคู่หนึ่งจะเกิดขึ้น มีแนวโน้มที่จะคืนตำแหน่งเดิม ในกรณีที่สอง โมเมนต์ที่เกิดขึ้นจะทำให้ไดโพลอยู่ห่างจากตำแหน่งสมดุลมากยิ่งขึ้น

ทฤษฎีบทเกาส์

ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น เส้นแรงตกลงที่จะวาดด้วยความหนาแน่นจนจำนวนเส้นที่เจาะทะลุพื้นผิวหน่วยที่ตั้งฉากกับเส้นของพื้นที่จะเท่ากับโมดูลัสของเวกเตอร์ จากนั้นตามรูปแบบของเส้นแรงตึงเราสามารถตัดสินได้ไม่เพียง แต่ทิศทางเท่านั้น แต่ยังรวมถึงขนาดของเวกเตอร์ที่จุดต่าง ๆ ในอวกาศด้วย

พิจารณาเส้นแรงของประจุบวกคงที่ พวกมันคือเส้นตรงในแนวรัศมีที่โผล่ออกมาจากประจุและสิ้นสุดที่ระยะอนันต์ มาใช้จ่ายกันเถอะ เอ็นเส้นดังกล่าว แล้วอยู่ห่างๆ รจากประจุ จำนวนเส้นสนามที่ตัดกับพื้นผิวหน่วยของทรงกลมรัศมี ร, จะเท่ากับ . ค่านี้เป็นสัดส่วนกับความแรงของสนามของประจุที่ระยะทาง ร.ตัวเลข เอ็นสามารถเลือกได้เสมอเพื่อให้เท่าเทียมกัน

ที่ไหน . เนื่องจากเส้นแรงมีความต่อเนื่อง เส้นแรงจำนวนเท่ากันจึงตัดกับพื้นผิวปิดของรูปทรงใดๆ ซึ่งล้อมรอบประจุไว้ ถามเส้นแรงจะเข้าสู่พื้นผิวปิดนี้หรือออกไปก็ได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสัญลักษณ์ของประจุไฟฟ้า หากจำนวนบรรทัดขาออกถือเป็นค่าบวก และจำนวนบรรทัดขาเข้าเป็นค่าลบ คุณสามารถละเครื่องหมายโมดูลัสและเขียน:

การไหลของเวกเตอร์ความตึงเครียดให้เราวางสนามไฟฟ้าในพื้นที่เบื้องต้นที่มี พื้นที่ . พื้นที่ต้องมีขนาดเล็กมากจนสามารถพิจารณาความแรงของสนามไฟฟ้าในทุกจุดได้ มาวาดไซต์ปกติกันเถอะ (รูปที่ 1.17) ทิศทางของปกตินี้ถูกเลือกโดยพลการ ปกติทำมุมกับเวกเตอร์ การไหลของเวกเตอร์ความแรงของสนามไฟฟ้าผ่านพื้นผิวที่เลือกเป็นผลคูณของพื้นที่ผิวและการฉายของเวกเตอร์ความแรงของสนามไฟฟ้าบนปกติไปยังไซต์:

การฉายภาพเวกเตอร์บนเส้นปกติไปยังพื้นที่อยู่ที่ไหน

เนื่องจากจำนวนของเส้นสนามที่ทะลุผ่านพื้นที่หนึ่งหน่วยจะเท่ากับขนาดของเวกเตอร์สนามในบริเวณใกล้เคียงกับพื้นที่ที่เลือก การไหลของเวกเตอร์สนามผ่านพื้นผิวจึงเป็นสัดส่วนกับจำนวนของเส้นสนามที่ตัดผ่านพื้นผิวนี้ ดังนั้น ในกรณีทั่วไป การไหลของเวกเตอร์ความแรงของสนามผ่านพื้นที่สามารถตีความได้อย่างชัดเจนว่าเป็นค่าเท่ากับจำนวนของเส้นสนามที่ทะลุผ่านพื้นที่นี้:

โปรดทราบว่าการเลือกทิศทางของบรรทัดฐานนั้นมีเงื่อนไข มันสามารถชี้ไปในทิศทางอื่นได้ ดังนั้น ฟลักซ์จึงเป็นปริมาณเชิงพีชคณิต: เครื่องหมายของฟลักซ์นั้นไม่ได้ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าของสนามเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับการวางแนวร่วมของเวกเตอร์ปกติและเวกเตอร์ความเข้มด้วย ถ้าเวกเตอร์ทั้งสองนี้สร้างมุมแหลม ฟลักซ์จะเป็นบวก หากเป็นมุมแหลม แสดงว่าเป็นลบ ในกรณีของพื้นผิวปิด เป็นธรรมเนียมที่จะต้องนำสิ่งปกติออกจากพื้นที่ที่ปกคลุมด้วยพื้นผิวนี้ นั่นคือการเลือกสิ่งปกติภายนอก

หากสนามไม่เป็นเนื้อเดียวกันและพื้นผิวเป็นตามอำเภอใจ การไหลจะถูกกำหนดดังนี้ พื้นผิวทั้งหมดต้องถูกแบ่งออกเป็นองค์ประกอบเล็กๆ ด้วยพื้นที่ คำนวณฟลักซ์ของแรงดึงผ่านแต่ละองค์ประกอบเหล่านี้ แล้วรวมฟลักซ์ผ่านองค์ประกอบทั้งหมด:

ดังนั้น ความแรงของสนามจึงเป็นลักษณะเฉพาะของสนามไฟฟ้า ณ จุดหนึ่งในพื้นที่ว่าง ฟลักซ์ของความเข้มไม่ได้ขึ้นอยู่กับค่าของความแรงของสนาม ณ จุดที่กำหนด แต่ขึ้นอยู่กับการกระจายของสนามบนพื้นผิวของพื้นที่เฉพาะ

เส้นสนามไฟฟ้าสามารถเริ่มต้นที่ประจุบวกและสิ้นสุดที่ประจุลบเท่านั้น ไม่สามารถเริ่มต้นหรือสิ้นสุดในอวกาศได้ ดังนั้น หากไม่มีประจุไฟฟ้าภายในวอลุ่มปิดบางเส้น จำนวนเส้นทั้งหมดที่เข้าและออกจากวอลุ่มนี้จะต้องเท่ากับศูนย์ หากมีเส้นออกจากวอลุ่มมากกว่าที่เข้า แสดงว่ามีประจุบวกอยู่ภายในวอลุ่ม ถ้ามีสายเข้ามากกว่าออก แสดงว่าต้องมีประจุลบอยู่ภายใน ถ้าประจุทั้งหมดภายในปริมาตรเท่ากับศูนย์หรือถ้าไม่มีประจุไฟฟ้าอยู่ในนั้น เส้นสนามจะทะลุผ่านมัน และฟลักซ์ทั้งหมดจะเท่ากับศูนย์

การพิจารณาง่ายๆ เหล่านี้ไม่ได้ขึ้นอยู่กับการกระจายประจุไฟฟ้าภายในปริมาตร สามารถตั้งอยู่ตรงกลางของปริมาตรหรือใกล้กับพื้นผิวที่ล้อมรอบปริมาตร อาจมีประจุบวกและลบหลายตัวในวอลุ่ม กระจายอยู่ภายในวอลุ่มด้วยวิธีใดก็ได้ เฉพาะค่าใช้จ่ายทั้งหมดเท่านั้นที่จะกำหนดจำนวนสายดึงเข้าหรือออกทั้งหมด

ดังที่เห็นได้จาก (1.4) และ (1.5) การไหลของเวกเตอร์ความแรงของสนามไฟฟ้าผ่านพื้นผิวปิดโดยพลการที่ล้อมรอบประจุ คิวเท่ากับ . หากภายในมีพื้นผิวเป็น นประจุ ตามหลักการของการทับซ้อนของฟิลด์ ฟลักซ์ทั้งหมดจะเป็นผลรวมของฟลักซ์ของความแรงของสนามของประจุทั้งหมด และจะเท่ากับ โดยที่ในกรณีนี้ผลรวมเชิงพีชคณิตของประจุทั้งหมดที่ครอบคลุมโดยปิด พื้นผิวมีความหมาย

ทฤษฎีบทเกาส์ เกาส์เป็นคนแรกที่ค้นพบข้อเท็จจริงง่ายๆ ว่าการไหลของเวกเตอร์ความแรงของสนามไฟฟ้าผ่านพื้นผิวปิดโดยพลการจะต้องสัมพันธ์กับประจุทั้งหมดภายในปริมาตรนี้