Obecnie uczę się podstaw radia i zauważyłem, że niektóre radia, takie jak radia kryształowe, mają antenę monopolową, która jest zasadniczo drutem zakopanym w ziemi. Jednak inne radia, takie jak przenośny, który siedzi na moim biurku, nie robią tego. Czy anteny muszą być uziemione?
Dlaczego niektóre anteny radiowe wymagają ścieżki do uziemienia, a niektóre nie?
Odpowiedzi:
Przepraszam za długą odpowiedź - to skomplikowany temat. Próbowałem skupić się na głównych punktach. To nie ma być kompleksowe leczenie anten.
Ziemia i Ziemia.
Jeśli przez „uziemienie” masz na myśli fizycznie połączony z Ziemią, odpowiedź brzmi po prostu nie, w przeciwnym razie satelity komunikacyjne lub sondy kosmiczne nie działałyby. Jeśli przez „uziemienie” rozumiesz punkt w obwodzie, do którego odnoszą się wszystkie pozostałe napięcia w obwodzie (0 V), wówczas odpowiedź brzmi „tak”.
Anteny działają poprzez transmitowanie lub odbieranie fali elektromagnetycznej. (Patrz Maxwell, Hertz i in.)
Fala EM - typy i kształty anten:
Fale elektromagnetyczne można wykryć na podstawie ich pola elektrycznego lub pola magnetycznego (lub obu). Fala może być również spolaryzowana, więc anteny można zoptymalizować również pod kątem tej polaryzacji. „Zysk” anteny można zwiększyć, kierując ją, dodając do niej dodatkowe elementy lub używając kształtowych reflektorów. Stąd szeroka gama kształtów i rozmiarów oraz zwyczajnie zwariowany wygląd, aby zoptymalizować odbiór (lub transmisję) przy różnych długościach fal.
„Prosty” monopol.
Antena pionowa (ta powszechnie stosowana z zestawem kryształów) wykrywa pole elektryczne. To porusza ładunek „w górę i w dół” anteny wytwarzając mały, ale mierzalny prąd przemienny. Efekt jest największy, gdy wymiary fizyczne anteny odpowiadają długości fali fali elektromagnetycznej. (patrz efekty rezonansowe) Nie wymaga, aby antena była podłączona do czegokolwiek .
Ten rodzaj anteny jest wielokierunkowy.
Sprzężenie (słabego) sygnału z odbiornikiem wymaga strojenia i dopasowania impedancji. W przypadku anteny odbywa się to za pomocą obwodu tuningowanego LC (zbiornik). Dostrojony obwód powiększy jedno wybrane wąskie pasmo częstotliwości (patrz współczynnik Q). Cewkę dostrajającą można dotknąć (jak w automatycznym transformatorze) lub osobną cewkę można wykorzystać do optymalizacji obciążenia anteny, ponieważ część energii jest przekazywana do obwodu „radiowego”. Zużycie zbyt dużej energii osłabiłoby reakcję. Utrzymanie wysokiego współczynnika Q pozwala łatwo oddzielić poszczególne transmisje. (Selektywność)
Aby zmaksymalizować ten efekt, długość anteny powinna być powiązana z długością fali sygnału. Ziemia (ziemia) działa jak powierzchnia odbijająca ( nie jako przewód powrotny ) i może podwoić efektywną długość anteny, tworząc antenę dipolową. Ten efekt płaszczyzny uziemienia można poprawić, stosując arkusz blachy (dobry przewodnik) lub nawet drut.
Wspólna tablica yagi (antena telewizyjna) demonstruje ten pomysł. Sygnał jest pobierany ze złożonego dipola. Pozostałe elementy to dipole (spolaryzowane poziomo lub pionowo lub oba). Działają one jak anteny pasywne i retransmitują nadchodzącą falę z przesunięciem fazowym, dzięki czemu zwiększają siłę sygnału na głównej antenie odbiorczej. Yagi jest wrażliwy na kierunek.
Przenośne radia.
Antena w przenośnym radiu to cewka owinięta wokół pręta ferrytowego. (antena pętlowa) i wykrywa składową pola magnetycznego fali elektromagnetycznej. To zmienne pole magnetyczne indukuje napięcie w cewce. Cewka tworzy zestrojony obwód ze zmiennym kondensatorem. Druga „wyjściowa” cewka lub być może „stuknięcie” impedancji cewki pierwotnej dopasowuje obwód wzmacniacza bez obciążania dostrojonego obwodu, tworząc ostro dostrojoną antenę.
Anteny pętlowe są bardzo kierunkowe, co można łatwo zaobserwować, obracając przenośne radio o 360 stopni.
Należy pamiętać, że jeden koniec dostrojonego obwodu jest podłączony do „masy” lub 0 V pozostałej części obwodu radiowego. Możesz także dodać drugą antenę (długość anteny drutowej lub „biczowej”), zwykle połączoną małym kondensatorem z „gorącym” końcem cewki lub być może oddzielną cewką na pasku ferrytowym. Wciąga to składową pola elektrycznego sygnału i poprawia odbiór.
1
Och, więc kiedy zakopujesz jeden koniec anteny kryształowego radia, zapewniasz płaszczyznę uziemienia, a nie ścieżkę powrotną dla prądu? Czy byłoby możliwe stworzenie „pływającego” radia krystalicznego z anteną o pełnej długości fali?
—
Stephen Melvin
@StephenMelvin Tak. Rzeczywista antena to bit nad ziemią, który jest oddzielony od ziemi przez dostrojony obwód lub cewkę odbiorczą. Większość zestawów kryształów jest skierowana na pasma długiej i średniej fali, ponieważ wykorzystują one nadajniki dużej mocy, aby z sygnału można było wydobyć wystarczającą ilość energii do obsługi zestawu słuchawkowego. Niestety długości fal są również bardzo długie (2000 m - 160 m), więc najkrótsza ćwiartka anteny o długości fali wynosiłaby około 40 m - to bardzo długi kawałek drutu, więc większość anten jest znacznie krótsza niż optymalna. Spójrz na techlib.com/electronics/allband.htm
—
JIm Dearden
Wspomniałeś, że niektóre anteny wykrywają kompozycję elektryczną, podczas gdy niektóre anteny wykrywają kompozycję magnetyczną fali elektromagnetycznej. Rozumiem, że dwa elementy fali elektromagnetycznej są do siebie prostopadłe, czy to wchodzi w grę przy projektowaniu anteny? Wygląda na to, że antena wykrywająca prąd elektryczny ma często długość liniową drutu, podczas gdy antena wykrywająca magnes to cewki indukcyjne. Co takiego jest w tych kształtach, co sprawia, że lepiej nadają się do podnoszenia określonego elementu? (Minęły rok lub dwa, odkąd zdobyłem licencjat z fizyki, więc przepraszam za moją ignorancję, jeśli wydaje mi się, że brakuje mi czegoś oczywistego.)
—
Stephen Melvin
@StephenMelvin Tak, sygnały są ortogonalne i 90 stopni poza fazą, ale jeśli fala nie jest spolaryzowana w płaszczyźnie, pole elektryczne może być we wszystkich kierunkach, podobnie jak odpowiadające im pola magnetyczne, więc niemożliwe jest narysowanie prostego schematu. Pole elektryczne przyspiesza ładunek wzdłuż drutu (tak jakby był podłączony do źródła prądu przemiennego) - stąd pola elektryczne są wykrywane przez druty, pręty itp. Element magnetyczny wykorzystuje efekt transformatora (patrz prawo Faradaya-Lenza) do indukcji napięcie w przewodniku prostopadłym do pola. (przewód tnący).
—
JIm Dearden
„oszukuj mnie za spóźnienie na imprezę, ale czy mam rację mówiąc, że ziemia nie jest potrzebna, ale poprawi promieniowanie ORAZ odbiór?
—
Steve
Przenośne radiotelefony miały ferrytowe anteny pętlowe - cewkę owiniętą wokół rdzenia ferrytowego. Anteny te nie potrzebują uziemienia, ale cewka jest kierunkowa, więc może być konieczne skierowanie radia w określonym kierunku, aby uzyskać dobry sygnał.
Anteny Yagi (wiązki) również nie wymagają uziemienia, ale proste długie anteny przewodowe (jak w przypadku zestawu kryształów) wymagają uziemienia.
Wszystko zależy od konstrukcji anteny.
Dlaczego antena Yagi nie wymaga uziemienia?
—
Stephen Melvin
To mniej więcej powtarza pytanie, zamiast na nie odpowiadać.
—
Bezwarunkowo Przywróć Monikę