Warum wird „Wellenlänge“ als Einheit für die Länge einer Antenne verwendet?

Wir beziehen uns oft auf die Antennengröße relativ zur Wellenlänge . Zum Beispiel: Ein 1/2-Wellendipol ist ungefähr eine halbe Wellenlänge lang. Die Wellenlänge ist die Entfernung, die eine Funkwelle während eines Zyklus zurücklegt. ( Hier )

Warum wird die Antennenlänge als Wellenlänge gemessen? Die Wellenlänge ist nicht einmal eine universelle Einheit oder SI-Einheit. Die Wellenlänge ist keine feste Konstante und variiert von Welle zu Welle. Warum wird eine Antenne in Bezug auf die Wellenlänge gemessen?

Es gibt Formeln zur Berechnung der Antennenlänge in Metern ( hier ), aber warum werden Antennenlängen überhaupt nicht in Metern beschrieben, und warum müssen wir Formeln verwenden, um die Wellenlänge in Meter umzuwandeln? Welche Bedeutung hat die Wellenlänge als Einheit der Antennenlänge?

Antennen sind für den Betrieb mit einer bestimmten Frequenz ausgelegt, und die physikalischen Abmessungen einer Antennenskala entsprechen der Entwurfsfrequenz. Im Fall einer Dipolantenne hängen Dinge wie der Antennengewinn und die Richtwirkung von der Länge in Wellenlängen ab, die als elektrische Länge bekannt ist. Wenn Sie also wissen, dass es sich bei der Antenne beispielsweise um einen 1/2-Wellendipol handelt, wissen Sie sofort, wie Verstärkung, Richtwirkung und Strahlungsmuster aussehen. Wenn die Länge in Metern angegeben wurde, müssten Sie auch die Auslegungsfrequenz kennen, damit Sie die elektrische Länge in Wellenlängen berechnen können, um die Antenneneigenschaften zu bestimmen. Es ist auch möglich, elektrische Verlängerungstechniken zu verwenden, durch die sich die Antenne elektrisch so verhält, als wäre sie länger als ihre physikalische Länge.

Ich werde bemerken, dass es für einige Antennentypen üblich ist, die Größe in Wellenlängen und für andere in Metern anzugeben. Zum Beispiel werden Dipolantennen sehr häufig in Bezug auf ihre elektrische Länge in Wellenlängen spezifiziert, während Schüsselantennen üblicherweise durch ihren Durchmesser in Metern spezifiziert werden.

Es wird nicht nur empfohlen, die Länge in anzugeben $\lambda$Es ist auch wichtig, den Typ anzugeben, z. B. Monopol oder Dipol. Stellen Sie sich einen Monopol vor und sehen Sie sich die Impedanz an, die er für den Stromkreis darstellt, an den er angeschlossen ist: -

Ein typischer Viertelwellenmonopol hat eine Reaktanz von Null (Magenta-Linie) und einen Strahlungswiderstand von etwa 37 Ohm (obwohl es ein bisschen schwierig ist, einen genauen Wert aus der obigen Grafik zu erhalten). Wenn dies ein Halbwellendipol wäre, hätte er den doppelten Strahlungswiderstand eines Viertelwellenmonopols. Wenn Sie also nur sagen, dass eine 10-Meter-Antenne nichts aussagt, was für den Designer wichtig ist.

Aber Monopole können kurz sein und ein Zehntel angeben $\lambda$ ist nützlich zu wissen, da ein Designer in der Lage wäre, bei seiner optimalen Frequenz zu schätzen, dass er bei -j500 kapazitiv wäre.

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Tatsächlich ist dies eine sehr grundlegende Frage zu Hochfrequenzanwendungen (HF). Wenn man von HF spricht, ist die Wellenlänge im Vergleich zur Übertragungsleitung, die bei einer Antenne der Fall ist, kurz. Die Wellenlänge ist gegeben durch

$$\lambda = \frac{c}{f}\,.$$ Die Frequenz $f$ist die Betriebsfrequenz. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit$c$ ist gegeben durch $$c= \frac{1}{\epsilon_0\epsilon\cdot\mu_0\mu}\,.$$ Wenn wir freien Speicherplatz haben, $\epsilon$ und $\mu$ sind eins und $c$ vereinfacht auf Lichtgeschwindigkeit $c_0$. Wenn es dielektrisches Material gibt, in dem sich eine Welle ausbreitet, hängt die Geschwindigkeit der Welle von diesen beiden Parametern ab ($\epsilon$, $\mu$).

Daher ist die Ausdehnung der Welle beim Entwurf einer Antenne wichtig. Mit der Wellenlänge$\lambda$kann man ohne weitere Berechnungen direkt sehen, welche Abmessungen die Antenne hat.

$I$ zeigt die aktuelle Verteilung und $V$die Spannungsverteilung über eine Halbwellendipolantenne. Das kann man also sehen$\lambda=2\pi$, wo $2\pi$ist eine Periode der Spannungs- / Stromverteilung. Die Stromverteilung über den Dipol spielt eine wichtige Rolle für das Strahlungsmuster. Es ist also sinnvoll, die Menge anzugeben$\lambda$ direkt ein Gefühl für die Stromverteilung über das Stück Draht zu haben.

Darüber hinaus ist die Wellenlänge nur eine Länge, so dass ihre Menge in SI-Einheiten angegeben wird, beispielsweise Meter

$$[\lambda] = \mathrm{m} \,.$$

Genau wie PlasmaHH kommentierte, hängen die Eigenschaften einer Antenne von ihrer Wellenlänge ab. Diese Wellenlänge ist frequenzabhängig. Sie können also zwei Antennen mit derselben Länge und unterschiedlichen Impedanzanpassungen für zwei unterschiedliche Frequenzen verwenden, sodass eine der Antennen eine Antenne mit voller Wellenlänge für Frequenz 1 sein kann, während die andere eine Antenne mit viertel Wellenlänge für Frequenz 2 sein kann.

In den Grundkonzepten der Antenne erklären sie den Unterschied zwischen verschiedenen Antennenlängen:

1/4 Welle: Ein einzelnes Strahlungselement mit einer Länge von ungefähr 1/4 Wellenlänge. Richtwirkung 2,2 dBi, 0 dBd. Geladene 1/4 Welle

1/2 Welle: Ein einzelnes Strahlungselement 1/2 Wellenlänge lang. Richtwirkung 3,8 dBi, 1,6 dBd. Ein spezielles Design ist die endgespeiste 1/2 Welle.

Die Wellenlänge ist keine feste Konstante und variiert von Welle zu Welle. Warum wird eine Antenne in Bezug auf die Wellenlänge gemessen?

Welche Bedeutung hat die Wellenlänge als Einheit der Antennenlänge?

Weil unterschiedliche Wellenlängen (Frequenzen) Antennen unterschiedlicher Länge erfordern. Die Größe der Antenne muss sehr genau auf die Länge der Welle abgestimmt sein, mit der sie arbeiten soll.

Es gibt Formeln zur Berechnung der Antennenlänge in Metern (hier), aber warum werden Antennenlängen überhaupt nicht in Metern beschrieben, und warum müssen wir Formeln verwenden, um die Wellenlänge in Meter umzuwandeln?

Wo fängst du an, wenn du eine Antenne baust? Sie beginnen mit "Auf welcher Wellenlänge (Frequenz) wird es arbeiten?". Daher beginnen Sie mit der Wellenlänge und das sind Ihre Eingabedaten. Die Formeln sind also so konzipiert, dass sie in diese Richtung funktionieren: Sie geben die Wellenlänge (oder Frequenz) ein und geben an, welche Abmessungen Ihre Antenne benötigt.

Sie beginnen nie mit Messgeräten und fragen: "Auf welcher Frequenz wird es betrieben?" (außer in den seltenen Fällen, in denen Sie auf dem Dachboden alten Müll finden und herausfinden, was zum Teufel es ist)

Das in absoluten Einheiten beschriebene Antennendesign wäre auf nur eine Frequenz festgelegt und daher (fast) nutzlos für alle, die eine andere Frequenz benötigen.

Die Antwort:

Wir beginnen mit der Wellenlänge, um Meter zu erreichen, weil wir Antennen so entwerfen, dass sie einer bestimmten Frequenz entsprechen, und nicht Frequenzen, die einer bestimmten Antenne entsprechen.

Das gleiche Antennendesign kann für eine Vielzahl unterschiedlicher Wellenlängen verwendet werden. Die Wellenlänge im Antennendesigndiagramm ist eine Variable. Um die Antenne zu bauen, ersetzen Sie die Wellenlängenvariable im Diagramm durch den tatsächlichen Wellenlängenwert (z. B. Meter, Zoll), der der Primärfrequenz entspricht, die die Antenne empfangen soll.