Attualmente sto imparando le basi della radio e ho notato che alcune radio, come le radio di cristallo, hanno un'antenna monopolare che è essenzialmente un filo interrato nel terreno. Tuttavia, altre radio, come quella portatile seduta sulla mia scrivania, non lo fanno. Le antenne devono essere messe a terra?
Perché alcune antenne radio richiedono un percorso verso terra e altre no?
Risposte:
Ci scusiamo per la lunga risposta - è un argomento complicato. Ho cercato di concentrarmi sui punti principali. Non intende essere un trattamento completo delle antenne.
Terra e terra.
Se per "terra" intendi fisicamente connesso alla Terra, la risposta è chiaramente no, altrimenti i satelliti per le comunicazioni o le sonde spaziali non funzionerebbero. Se per "terra" si intende un punto nel circuito a cui fanno riferimento tutte le altre tensioni in un circuito (0 V), la risposta è sì.
Le antenne funzionano trasmettendo o ricevendo un'onda elettromagnetica. (Vedi Maxwell, Hertz, et. Al)
L'onda EM - tipi e forme aeree:
Le onde EM possono essere rilevate dal loro campo elettrico o dal loro campo magnetico (o entrambi). L'onda può anche essere polarizzata in modo che le antenne possano essere ottimizzate anche per questa polarizzazione. Il 'guadagno' di un'antenna può essere aumentato rendendolo direzionale, aggiungendo elementi extra ad esso o usando riflettori sagomati. Da qui l'ampia varietà di forme e dimensioni e semplici design dall'aspetto stravagante per ottimizzare la ricezione (o la trasmissione) a diverse lunghezze d'onda.
Il monopolo "semplice".
Un'antenna verticale (quella comunemente usata con un set di cristalli) rileva il campo elettrico. Questo sposta la carica "su e giù" dell'antenna producendo una corrente alternata piccola ma misurabile. L'effetto è maggiore quando le dimensioni fisiche dell'antenna corrispondono alla lunghezza d'onda dell'onda EM. (vedi effetti di risonanza) Non richiede che l'antenna sia collegata a nulla .
Questo tipo di antenna è omnidirezionale.
L'accoppiamento del segnale (debole) al ricevitore richiede sintonizzazione e adattamento dell'impedenza. Per un'antenna questo viene eseguito con il circuito sintonizzato LC (Tank). Il circuito sintonizzato ingrandirà una banda di frequenza stretta selezionata (vedi fattore Q). La bobina di sintonia può essere toccata (come in un trasformatore automatico) oppure è possibile utilizzare una bobina separata per ottimizzare il carico sull'antenna quando parte dell'energia viene trasferita al circuito "radio". Prendere troppa energia smorza la risposta. Mantenere un fattore Q elevato consente di separare facilmente le singole trasmissioni. (Selettività)
Per massimizzare questo effetto, la lunghezza dell'antenna dovrebbe essere correlata alla lunghezza d'onda del segnale. Il terreno (terra) funge da superficie riflettente ( non come conduttore di ritorno ) e può raddoppiare la lunghezza effettiva dell'antenna, producendo un'antenna a dipolo. Questo effetto del piano di massa può essere migliorato utilizzando una lamiera (buon conduttore) o persino un filo.
L'array yagi comune (antenna TV) dimostra questa idea. Il segnale viene preso da un dipolo ripiegato. Gli altri elementi sono dipoli (polarizzati orizzontalmente o verticalmente o entrambi). Questi fungono da antenne passive e ritrasmettono l'onda in arrivo con uno spostamento di fase in modo che si aggiunga alla potenza del segnale sull'antenna principale di ricezione. Lo yagi è sensibile alla direzione.
Radio portatili.
La presa aerea in una radio portatile è una bobina avvolta attorno a una barra di ferrite. (un'antenna ad anello) e rileva il componente del campo magnetico dell'onda EM. Questo mutevole campo magnetico induce una tensione nella bobina. La bobina forma un circuito accordato con un condensatore variabile. Una seconda bobina di "uscita" o forse un "tocco" sull'impedenza della bobina primaria corrisponde al circuito dell'amplificatore senza caricare il circuito sintonizzato, producendo un'antenna sintonizzata in modo nitido.
Le antenne ad anello sono molto direzionali, come puoi facilmente osservare ruotando la radio portatile di 360 gradi.
Si noti che un'estremità del circuito sintonizzato è collegata alla "terra" o 0 V del resto del circuito radio. Potresti anche aggiungere una seconda antenna (una lunghezza di filo o antenna "a frusta") generalmente collegata da un piccolo condensatore all'estremità "calda" della bobina o forse una bobina separata sulla barra di ferrite. Questo attira la componente del campo elettrico del segnale e migliora la ricezione.
1
Oh, quindi quando seppellisci un'estremità dell'antenna di una radio a cristallo, stai fornendo un piano di massa, non un percorso di ritorno per la corrente? Sarebbe possibile realizzare una radio a cristallo "fluttuante" con un'antenna di una lunghezza d'onda completa?
—
Stephen Melvin,
@StephenMelvin Sì. L'antenna reale è il bit sopra terra che viene separato da terra attraverso il circuito sintonizzato o la bobina di raccolta. La maggior parte dei set di cristalli sono rivolti alle bande di onde lunghe e medie perché utilizzano trasmettitori ad alta potenza in modo da poter estrarre abbastanza energia dal segnale per far funzionare l'auricolare. Sfortunatamente anche le lunghezze d'onda sono molto lunghe (2000 m - 160 m), quindi l'antenna a lunghezza d'onda del quarto più corta sarebbe di circa 40 m - questo è un pezzo di filo molto lungo, quindi la maggior parte delle antenne sono molto più corte dell'ottimale. Guarda techlib.com/electronics/allband.htm
—
JIm Dearden il
Hai detto che alcune antenne rilevano il comp elettrico, mentre alcune antenne rilevano il comp magnetico di un'onda EM. Capisco che i due componenti dell'onda EM siano ortogonali tra loro, questo entra in gioco quando si progetta un'antenna? Sembra che le antenne a rilevamento elettrico siano spesso lunghezze lineari di filo, mentre le antenne a rilevamento magnetico sono bobine di induttori. Cosa c'è in queste forme che le rendono più adatte per raccogliere un determinato componente? (Sono passati un anno o due da quando ho conseguito la laurea in Fisica, quindi scusate la mia ignoranza se mi sembra che manchi qualcosa di ovvio.)
—
Stephen Melvin,
@StephenMelvin Sì, i segnali sono ortogonali e sfasati di 90 gradi, ma a meno che l'onda non sia polarizzata in piano, il campo elettrico potrebbe essere in tutte le direzioni e quindi i campi magnetici corrispondenti sarebbero impossibili da tracciare un semplice diagramma. Il campo elettrico accelera la carica lungo la lunghezza di un filo (come se fosse collegato a una sorgente di corrente alternata) - quindi i campi elettrici vengono rilevati da fili, barre ecc. Il componente magnetico utilizza l'effetto del trasformatore (vedi legge Faraday-Lenz) per indurre una tensione in un conduttore perpendicolare al campo. (conduttore di taglio).
—
JIm Dearden,
'mi scusi per essere in ritardo alla festa, ma ho ragione nel dire che non è necessario un terreno, ma migliorerà le radiazioni E la ricezione?
—
Steve
Le radio portatili avevano antenne ad anello in ferrite - una bobina avvolta attorno a un nucleo di ferrite. Queste antenne non hanno bisogno di una messa a terra, ma la bobina è direzionale, quindi potresti dover puntare la radio in una certa direzione per ricevere un buon segnale.
Anche le antenne Yagi (fascio) non richiedono messa a terra, ma le semplici antenne a filo lungo (come per il tuo set di cristalli) richiedono una messa a terra.
Tutto dipende dal design dell'antenna.
Perché l'antenna Yagi non richiede una messa a terra?
—
Stephen Melvin,
Questo ripete più o meno la domanda piuttosto che rispondervi.
—
Incondizionatamente