To pytanie jest dobrym przykładem nadinterpretacji zasad elektrotechniki, które zostały opracowane, aby fizyka była łatwiejsza do opanowania w praktycznych kontekstach. Impedancja po prostu nie jest tak ważna.
Energia fali radiowej jest zawarta w polach elektrycznych i magnetycznych rozmieszczonych w przestrzeni przestrzennej. Równania Maxwella ustalają wymagania dotyczące relacji między tymi polami, a równania jednorodne implikują, że rozprzestrzeniają się zaburzenia równowagi. To ostatnie wynika z faktu, że równanie falowe można łatwo wyprowadzić z równań podstawowych.
W równaniu falowym implikowana jest prędkość propagacji, która jest odwrotnością pierwiastka kwadratowego iloczynu iloczynu przenikalności magnetycznej i przenikalności elektrycznej ośrodka propagacji.
Pierwiastek kwadratowy ilorazu tych dwóch wielkości ma jednostki impedancji, a gdy omawianym ośrodkiem jest próżnia lub powietrze, nazywa się to „impedancją promieniowania wolnej przestrzeni”.
Wyrażenie to odnosi się do łatwości (lub trudności) ustalenia niezrównoważenia zaburzeń elektromagnetycznych. Luźno jest to miara zdolności objętości ośrodka do magazynowania energii w formie elektromagnetycznej. Więcej energii wymaga większej objętości lub ryzykujesz nieliniową awarię. Bardzo luźno oceniamy, jak trudno jest wepchnąć energię do systemu.
Na linii przesyłowej, powiedzmy, staroświeckim bliźniaczym przewodzie, mamy podobną sytuację z różnymi warunkami brzegowymi. Energia w linii jest magazynowana (przejściowo) w oscylującym polu elektrycznym między przewodnikami i oscylującym polu magnetycznym wokół przewodów. Energia ta może rozprzestrzeniać się w dwóch kierunkach. Jeśli masz równe ilości energii rozchodzące się w obu kierunkach, masz rezonans lub falę stojącą. Jeśli masz dopasowane zakończenia, energia opuszcza linię, gdy dotrze do końca i nie odbija się ani nie rozprzestrzenia z powrotem. Ważne jest, aby zrozumieć, że energia jest przekazywana w izolatorze , a nie w przewodach. Przewody są obecne tylko w celu zapewnienia warunków brzegowych, a nośniki ładunku w przewodach oscylują zasadniczo na swoim miejscu, zapewniając zaciski dla pól elektrycznych i sprzęgając pola elektryczne i magnetyczne. Pomysły te odnoszą się równie dobrze do linii współosiowych, ale łatwiej jest wizualizować w podwójnym odprowadzeniu.
Podobnie jak wolna przestrzeń, linia przesyłowa ma charakterystyczną impedancję, która jest miarą jej zdolności do tymczasowego magazynowania energii rozłożonej na jej długości. Ta impedancja zależy od geometrii przewodników (warunki brzegowe) oraz względnej przepuszczalności i przenikalności materiałów, z których wykonano linię. Podobnie, istnieje charakterystyczna prędkość propagacji, która zazwyczaj stanowi znaczną część prędkości światła w próżni.
Wymóg „dopasowania” impedancji wynika z fizyki odbicia fali. Oczywiście żadna energia odbita nie jest propagowana poza układ. Mecz eliminuje odbijaną energię. Ważne jest, aby zdawać sobie sprawę, że dopasowania do Internetu szerokopasmowego są trudne. Dopasowania są zazwyczaj dostrojone do konkretnej częstotliwości projektowej systemu, a sygnały poza pasmem mogą wykazywać znaczące odbicia.
W rezonansowej linii zasilającej fakt ten wykorzystuje się, napędzając linię z jej częstotliwością rezonansową. W rezonansie impedancja linii jest czysto rezystancyjna. Trudność polega na tym, że musisz dokładnie kontrolować długość linii zasilającej i jest to przydatne tylko przy jego częstotliwości rezonansowej.
Bardziej praktycznym kompromisem jest dopasowanie impedancji. Wówczas linia zasilająca może mieć dowolną rozsądną długość, a sygnał może być kompozycją wielu częstotliwości lub wielu niezależnych sygnałów, w granicach szerokości pasma dopasowania.
Prosta antena, taka jak dipol, działa w rezonansie. Jest to linia rezonansowa. Ma zatem czysto rezystywną impedancję charakterystyczną (zależną od geometrii i fizyki) przy częstotliwości projektowej. Linia dopasowana do tej impedancji dostarczy całą swoją energię do anteny. Antena, będąca rezonansowym przewodem zasilającym, z kolei dostarcza całą swoją energię do następnego układu, którym jest zwykle wolna przestrzeń. Robi to, ponieważ przy częstotliwości projektowej nie ma impedancji reaktywnej. Jeśli potrzebujesz przepchnąć więcej energii, musisz napędzać antenę mocniej, co podnosi szczytowe napięcia i prądy w antenie, co zwiększa ilość energii wypychanej w wolną przestrzeń podczas danego cyklu. Oczywiście istnieją ograniczenia narzucone przez nieliniowy podział.
Antena szerokopasmowa to tak naprawdę stratna linia zasilająca. W ramach projektowanego pasma cała energia jest wypromieniowywana do momentu, gdy oscylacja osiągnie koniec linii zasilania. Takie anteny zazwyczaj ucieleśniają geometrię stożkową w jakiejś formie, z dolnym limitem częstotliwości ustalonym przez podstawę stożka i górnym limitem częstotliwości ustawionym przez praktyczne ograniczenia punktowości stożka.