Dlaczego 1/4 długości fali ma płaszczyznę uziemienia, a 1/2 długości jej nie potrzebuje?

Nie rozumiem, dlaczego musimy użyć płaszczyzny uziemienia o 1/4 długości fali i 1/2 długości fali, która nie jest potrzebna.

1/2 \ $ \ lambda \ $ dipol ma takie fale napięcia i prądu: –

Zdjęcie z Wikipedii .

Teraz, jeśli skupisz wzrok na martwym środku obrazu, zobaczysz, że napięcie jest zawsze równe zero V. Dzieje się tak, ponieważ dipol jest optymalnie zasilany zrównoważonym źródłem napięcia ( \ $ V_O \ $ ). Symetryczne źródło napięcia jest preferowane dla anteny dipolowej. W rzeczywistości napięcie i pole ma wartość zero na całej długości zielonej linii poniżej: –

Oznacza to, że możesz opcjonalnie traktować tę zieloną linię jako uziemienie (pod warunkiem, że antena jest sterowana w sposób zrównoważony). Teraz, gdybyś przeciął powyższy obrazek na pół, to „d miałbyś monopol 1/4 \ $ \ lambda \ $ napędzany niezrównoważonym źródłem napięcia. Napięcie niezrównoważone źródło to takie, które ma zwykle 0 V na jednej nodze, podczas gdy druga noga napędza napięcie: –

I nie jest zaskoczeniem, że ma połowę impedancji prezentowanej przez dipol półfalowy. Aby jednak zachować ten sam wzór promieniowania, musisz „wymusić” samolot ziemny, który robi to, co robi zielona linia.

Komentarze

• Bardzo dziękuję za wyjaśnienie
• @LUFER właściwym podziękowaniem w sieci Stack Exchange jest zaakceptowanie odpowiedzi, która pomogła Ci najbardziej (jeśli w ogóle). Możesz to zrobić, klikając znacznik wyboru po lewej stronie odpowiedzi (pod jej wynikiem).
• Lub poczekaj jeszcze kilka dni, ponieważ ostatnie niezaakceptowane pytania zwykle przyciągają nieco więcej uwagi niż te jeśli zostanie to zaakceptowane wcześniej.

Ćwierćfalowa antena jednobiegunowa nie „t mają , aby mieć samolot . .. chyba że chcesz, aby emitował energię EM z określoną wydajnością i wzorem.

Promieniowanie EM wymaga przyspieszenia ładunków elektrycznych, co zwykle implikuje różnicę napięcia między dwoma oddzielnymi obszarami w przestrzeni. Przewodząca płaszczyzna uziemienia jest szczególnie dobrym obszarem różnicy napięcia od napięcia na częściach (krótkiej) anteny jednobiegunowej.

W przeciwnym razie różnica napięcia wystąpi gdzie indziej, na przykład wokół dłoni, ramienia i ciała osoby trzymającej radio VHF HT z tylko ćwierćfalową anteną lub „kaczuszką” anteną. A twoje ciało nie jest tak wydajnym odpowiednikiem jak przewodząca płaszczyzna uziemienia.

Z półfalową anteną dipolową, każda połowa działa jak ładnie zbalansowana przeciwstawna dla drugiej połowy, dzieląc oscylującą różnicę napięcia między dwiema równej długości połówki, co prowadzi do ładnej symetrii wzoru pola EM, co pomaga stworzyć bardziej przewidywalny wzór promieniowania RF (bliskiego i dalekiego). Przewodząca płaszczyzna uziemienia pod monopolem ćwierćfalowym prowadzi do podobnej symetrii w połączeniu z lustrzanym odbiciem pola EM.

Jeśli nie ma płaszczyzny uziemienia (lub innego dobrze zaprojektowanego zestawu przeciwstawnych) pod zwarciem pionowej, co prowadzi do różnicy napięcia RF znajdującej się między różnymi, często losowo umieszczonymi obiektami przewodzącymi (linie zasilające, obudowa radia, paski uziemiające, okablowanie zasilające, rynny deszczowe itp.) i stratnym zabrudzeniem. , straty naziemne i być może szokujące „RF w szałasie”.

Książka ARRL Antenna Book and Antenna Physics zawiera informacje na ten temat. Również wiele podręczników na temat elektromagnetyki i anten.

Komentarze

• Bardzo dziękuję za wyjaśnienie.

Pionowy bicz ćwierćfalowy z płaszczyzną uziemienia stosuje powszechną sztuczkę w praktycznej elektromagnetyki. Płaszczyzna uziemienia generuje lustrzane odbicie bata, a ten lustrzany obraz zachowuje się tak, jakby był zasilany odwróconym sygnałem. Rezultat jest jak pionowy dipol półfalowy w wolnej przestrzeni.

Teoretycznie ziemia powinna być dużą płaską powierzchnią, ale nawet kilka oddzielnych prętów, które są podłączone do ekranu zasilającego kabla koncentrycznego, wykonuje pracę akceptowalnie.

Jeśli płaszczyzna uziemienia jest pozioma, a bicz jest ustawiony pionowo, otrzymana antena kieruje sygnał w poziomie o 360 stopni wokół osi bata. Fala w polu dalekim jest spolaryzowana pionowo (= pionowe pole elektryczne). Komunikacja byłaby słaba w przypadku stacji, która ma poziomy dipol półfalowy.

Zwierciadło uziemienia jest prawdziwe również z dipolem półfalowym. Jest on używany w dalekosiężnej komunikacji radiowej na krótkich falach jako metoda kierowania wiązki nieco w górę, aby uzyskać efektywne odbicia jonosfery. Wysokość poziomego dipola jest dostosowywana do żądanej strefy lądowania dla odbicia jonosfery. Aktywność słońca jest różna , dlatego uważne czytanie radiowych prognoz pogody jest niezbędne dla optymalnej komunikacji na falach krótkich.

Stacje radiowe MW około 1 MHz często mają pionowe bicze. Płaszczyzna uziemienia to prawdziwy grunt.

Komentarze

• Bardzo dziękuję za wyjaśnienie

Dlaczego 1/4 długości fali musi mieć płaszczyznę uziemienia, a 1/2 nie „t?

Oto jak o tym myślę, dipol o długości 1/2 fali to tylko dwie anteny o długości 1/4 fali ustawione tyłem do siebie i każda z nich może być uważana za bicz lub płaszczyznę uziemienia.

Albo 1 / 4 długość fali pionowa to tylko 1/2 długości fali antena z ziemią płaszczyzna jako drugi element o długości 1/4 fali. W tym przypadku po prostu zaczynamy pomiary w środku zamiast mierzyć oba elementy.

Lub, w rzeczywistości są one tą samą anteną tylko z różnymi optymalizacjami i kompromisami w uzyskaniu pożądanej polaryzacji, impedancji i charakterystyk kierunkowych . W przypadku dipola 1/2 długości fali oba elementy są identyczne. W przypadku bicza o długości 1/4 fali jeden element to drut, a drugi płaszczyzna lub stożek. Istnieje wiele odmian tego tematu, tylko te dwie są najbardziej powszechne. Nazwanie jednej 1/4 długości i drugiej 1/2 długości fali nie jest dokładnym opisem żadnego z nich, ale tak je opisujemy i myślimy o nich, ponieważ w praktyce opisuje to najbardziej znaczący wymiar zajmowanej przestrzeni .

Możemy nazwać te anteny o długości 1/4 fali „monopolami”, ale tak nie jest, zawsze są dwa bieguny. W przypadku urządzeń elektromagnetycznych nie ma północy bez południa, nie ma lewej strony bez prawej, brak potencjału napięcia bez odniesienia do masy. Powód, dla którego te anteny są opisywane jako 1/2 długości fali, jest również nieco arbitralny, tak długo, jak musi być, aby osiągnąć dwa punkty zerowego przepływu prądu dla częstotliwości będącej przedmiotem zainteresowania .

Kiedy już zrozumiem, że wiele z tego jest po prostu w połowie arbitralną nomenklaturą, nie przejmuję się tym zbytnio. Może najlepiej będzie po prostu nauczyć się konwencjonalnych nazw rzeczy, równania używane do projektowania, w których można je znaleźć i nie przejmuj się zbytnio, dlaczego tak jest. Jak na razie to działało.