Ich lerne gerade die Grundlagen des Radios und habe festgestellt, dass einige Radios, wie z. B. Kristallradios, eine Monopolantenne haben, die im Wesentlichen ein im Boden vergrabener Draht ist. Andere Radios, wie das tragbare, das auf meinem Schreibtisch sitzt, tun dies jedoch nicht. Müssen Antennen geerdet werden?
Warum benötigen manche Funkantennen einen Erdungspfad und manche nicht?
Antworten:
Entschuldigung für die lange Antwort - es ist ein kompliziertes Thema. Ich habe versucht, mich auf die Hauptpunkte zu konzentrieren. Es ist nicht als umfassende Behandlung von Antennen gedacht.
Boden und Erde.
Wenn Sie mit "Boden" physisch mit der Erde verbunden meinen, lautet die Antwort einfach nein, da sonst Kommunikationssatelliten oder Raumsonden nicht funktionieren würden. Wenn Sie mit "Masse" einen Punkt im Stromkreis meinen, an dem alle anderen Spannungen in einem Stromkreis auf (0 V) bezogen sind, lautet die Antwort "Ja".
Antennen senden oder empfangen elektromagnetische Wellen. (Siehe Maxwell, Hertz et al.)
Die EM-Welle - Antennentypen und -formen:
EM-Wellen können anhand ihres elektrischen Felds oder ihres Magnetfelds (oder beider) erfasst werden . Die Welle kann auch polarisiert werden, sodass Antennen auch für diese Polarisation optimiert werden können. Der „Gewinn“ einer Antenne kann erhöht werden, indem sie gerichtet, mit zusätzlichen Elementen versehen oder geformte Reflektoren verwendet werden. Daher die große Vielfalt an Formen und Größen und schlicht verrückte Designs, um den Empfang (oder die Übertragung) bei verschiedenen Wellenlängen zu optimieren.
Der "einfache" Monopol.
Eine vertikale Antenne (die üblicherweise mit einem Kristallset verwendet wird) erfasst das elektrische Feld. Dadurch wird die Ladung in der Antenne auf und ab bewegt, wodurch ein kleiner, aber messbarer Wechselstrom erzeugt wird. Der Effekt ist am größten, wenn die physikalischen Abmessungen der Antenne mit der Wellenlänge der EM-Welle übereinstimmen. (siehe Resonanzeffekte) Es ist nicht erforderlich, dass die Antenne an irgendetwas angeschlossen ist .
Diese Art von Antenne ist in alle Richtungen gerichtet.
Das Koppeln des (schwachen) Signals an den Empfänger erfordert eine Abstimmung und Impedanzanpassung. Bei einer Antenne wird dies mit dem LC-Schwingkreis (Tank) durchgeführt. Der Abstimmkreis vergrößert ein ausgewähltes schmales Frequenzband (siehe Q-Faktor). Die Abstimmspule kann (wie bei einem Autotransformator) abgegriffen werden, oder eine separate Spule kann verwendet werden, um die Belastung der Antenne zu optimieren, da ein Teil der Energie an den "Funk" -Kreis übertragen wird. Zu viel Energie würde die Reaktion dämpfen. Durch Beibehalten eines hohen Q-Faktors können Sie einzelne Übertragungen leicht trennen. (Selektivität)
Um diesen Effekt zu maximieren, sollte die Länge der Antenne auf die Wellenlänge des Signals bezogen werden. Der Boden (Erde) wirkt als reflektierende Oberfläche ( nicht als Rückleiter ) und kann die effektive Länge der Antenne verdoppeln, wodurch eine Dipolantenne entsteht. Dieser Grundebeneneffekt kann durch Verwendung eines Blechs (guter Leiter) oder sogar Drahtes verbessert werden.
Das übliche Yagi-Array (Fernsehantenne) demonstriert diese Idee. Das Signal stammt von einem gefalteten Dipol. Die anderen Elemente sind Dipole (horizontal oder vertikal polarisiert oder beides). Diese fungieren als passive Antennen und senden die ankommende Welle mit einer Phasenverschiebung weiter, so dass sich die Signalstärke an der Hauptempfangsantenne erhöht. Der Yagi ist richtungsempfindlich.
Tragbare Funkgeräte.
Der Antennenempfänger in einem tragbaren Radio ist eine Spule, die um einen Ferritstab gewickelt ist. (eine Rahmenantenne) und erfasst die Magnetfeldkomponente der EM-Welle. Dieses sich ändernde Magnetfeld induziert eine Spannung in der Spule. Die Spule bildet einen Schwingkreis mit einem variablen Kondensator. Eine zweite "Ausgangsspule" oder vielleicht ein "Abgriff" der Primärspulenimpedanz passt zur Verstärkerschaltung, ohne den abgestimmten Schaltkreis zu laden, wodurch eine scharf abgestimmte Antenne erzeugt wird.
Schleifenantennen sind sehr gerichtet, wie Sie leicht beobachten können, wenn Sie das tragbare Radio um 360 Grad drehen.
Beachten Sie, dass ein Ende des abgestimmten Stromkreises mit der Masse oder 0 V des restlichen Funkkreises verbunden ist. Sie können auch eine zweite Antenne (eine Draht- oder Peitschenantenne) hinzufügen, die normalerweise über einen kleinen Kondensator mit dem "heißen" Ende der Spule verbunden ist, oder eine separate Spule am Ferritstab. Dies zieht die elektrische Feldkomponente des Signals ein und verbessert den Empfang.
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Oh, also, wenn Sie ein Ende der Antenne eines Kristallradios begraben, stellen Sie eine Erdungsebene und keinen Rückweg für den Strom bereit? Wäre es möglich, ein "schwebendes" Kristallradio mit einer Antenne von voller Wellenlänge herzustellen?
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Stephen Melvin
@StephenMelvin Ja. Die eigentliche Antenne ist das Bit über der Erde, das durch den abgestimmten Stromkreis oder die Aufnahmespule von der Erde getrennt ist. Die meisten Quarze richten sich an Lang- und Mittelwellenbänder, da diese Hochleistungssender verwenden, sodass dem Signal genügend Energie entzogen werden kann, um das Headset zu betreiben. Leider sind die Wellenlängen auch sehr lang (2000 m - 160 m), sodass die Antenne mit der kürzesten Viertelwellenlänge etwa 40 m lang ist - das ist ein sehr langes Stück Draht, sodass die meisten Antennen sehr viel kürzer als das Optimum sind. Schauen Sie sich techlib.com/electronics/allband.htm an
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JIm Dearden
Sie haben erwähnt, dass einige Antennen die elektrische Kompensation erkennen, während einige Antennen die magnetische Kompensation einer EM-Welle erkennen. Ich verstehe, dass die beiden Komponenten der EM-Welle orthogonal zueinander sind. Kommt das beim Entwerfen einer Antenne ins Spiel? Es sieht so aus, als ob elektrisch detektierende Antennen häufig lineare Drahtlängen aufweisen, während magnetisch detektierende Antennen Induktionsspulen sind. Was ist mit diesen Formen, das sie besser für die Aufnahme eines bestimmten Bauteils geeignet macht? (Es ist ein oder zwei Jahre her, seit ich meinen Bachelor in Physik gemacht habe. Entschuldigen Sie meine Unwissenheit, wenn mir etwas Offensichtliches fehlt.)
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Stephen Melvin
@StephenMelvin Ja, die Signale sind orthogonal und um 90 Grad phasenverschoben, aber wenn die Welle nicht planpolarisiert ist, kann das elektrische Feld in alle Richtungen verlaufen und die entsprechenden Magnetfelder können nicht einfach dargestellt werden. Das elektrische Feld beschleunigt die Ladung entlang eines Kabels (als wäre es an eine Wechselstromquelle angeschlossen) - daher werden elektrische Felder durch Drähte, Stäbe usw. erfasst. Die magnetische Komponente verwendet den Transformatoreffekt (siehe Faraday-Lenz-Gesetz), um diese zu induzieren eine Spannung in einem Leiter senkrecht zum Feld. (Leiter schneiden).
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JIm Dearden
Entschuldigen Sie, dass ich zu spät zur Party komme, aber habe ich Recht, wenn ich sage, dass kein Boden benötigt wird, aber dies wird die Strahlung UND den Empfang verbessern?
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Steve
Tragbare Radios hatten früher Ferritschleifenantennen - eine Spule, die um einen Ferritkern gewickelt war. Diese Antennen benötigen keine Erdung, die Spule ist jedoch gerichtet, sodass Sie das Radio möglicherweise in eine bestimmte Richtung richten müssen, um ein gutes Signal zu empfangen.
Yagi-Antennen (Strahlantennen) benötigen ebenfalls keine Erdung, aber einfache Antennen mit langen Drähten (wie für Ihr Kristallset) benötigen eine Erdung.
Es hängt alles vom Design der Antenne ab.
Warum benötigt die Yagi-Antenne keine Erdung?
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Stephen Melvin
Dies wiederholt mehr oder weniger die Frage, anstatt sie zu beantworten.
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UnconditionallyReinstateMonica