¿Por qué 1/4 de longitud de onda tiene un plano de tierra y 1/2 longitud de onda no necesita ninguno?

No puedo entender por qué necesitamos usar un plano de tierra a 1/4 de longitud de onda y 1/2 de longitud de onda no es necesario.

Un dipolo de 1/2 \ $ \ lambda \ $ tiene ondas de voltaje y corriente como esta: –

Imagen de Wikipedia .

Ahora, si enfoca su ojo en el punto muerto de la imagen, verá que el voltaje es siempre cero voltios. Esto se debe a que un dipolo se maneja de manera óptima con una fuente de voltaje balanceada ( \ $ V_O \ $ ). Se prefiere una fuente de voltaje balanceado para una antena dipolo. De hecho, el voltaje y la el campo es cero a lo largo de la línea verde a continuación: –

Esto significa que, opcionalmente, puede considerar esa línea verde como tierra (siempre que la antena esté dirigida de forma equilibrada). Ahora, si tuviera que cortar la imagen de arriba por la mitad, tendría un monopolar de 1/4 \ $ \ lambda \ $ impulsado con una fuente de voltaje desequilibrado. Un voltaje desequilibrado La fuente es una que tiene típicamente 0 voltios en una pierna mientras que la otra pierna maneja el voltaje: –

Y, como era de esperar, tiene la mitad de la impedancia presentada por el dipolo de media onda. Pero, para mantener el mismo patrón de radiación, es necesario «forzar» un plano terrestre que hace lo que hace la línea verde.

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Una antena monopolo de cuarto de onda no «t tienen para tener un plano de tierra. .. a menos que desee que irradie energía EM con una cierta eficiencia y patrón.

La radiación EM requiere cargas eléctricas aceleradas, lo que generalmente implica un diferencial de voltaje entre dos áreas separadas en el espacio. Un plano de tierra conductor es una región particularmente buena de diferencial de voltaje del voltaje en partes de una antena monopolo (corta).

De lo contrario, el diferencial de voltaje se producirá en otro lugar, por ejemplo, alrededor de la mano, el brazo y el cuerpo. de una persona que sostiene una radio VHF HT con solo un látigo de cuarto de onda o una antena de «patito». Y su cuerpo no es un contrapuesto tan eficiente como un plano de tierra conductor.

Con una antena dipolo de media onda, cada mitad actúa como un contrapuesto bien equilibrado para la otra mitad, dividiendo el diferencial de voltaje oscilante entre los dos mitades de igual longitud, lo que conduce a una buena simetría en el patrón del campo EM, lo que ayuda a crear un patrón de radiación de RF (campo cercano y lejano) más predecible. Un plano de tierra conductor debajo de un monopolo de cuarto de onda conduce a una simetría similar junto con la imagen especular del campo EM.

Si no hay un plano de tierra (u otro conjunto de contraposiciones bien diseñado) debajo de un corto vertical, que conduce a que el diferencial de voltaje de RF se encuentre entre varios objetos conductores que a menudo se colocan al azar (líneas de alimentación, caja de radio, correas de tierra, cableado de suministro de energía, canaletas de lluvia, etc.) y suciedad con pérdidas. Lo que conduce a un patrón de radiación de antena impredecible , pérdidas de tierra y posiblemente «RF en la choza» impactantes.

El libro ARRL Antenna Book y Antenna Physics tienen información sobre este tema. También muchos libros de texto sobre electromagnetismo y antenas.

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Un látigo de cuarto de onda vertical con plano de tierra aplica un truco común en electromagnetismo práctico. El plano de tierra genera la imagen especular del látigo y esa imagen especular se comporta como si fuera alimentada por una señal invertida. El resultado es como un dipolo de media onda vertical en el espacio libre.

Teóricamente, el suelo debería ser una gran superficie plana, pero incluso un montón de varillas separadas que están conectadas al blindaje del cable coaxial de alimentación hacen el trabajo aceptablemente.

Si el plano del suelo es horizontal y el látigo es vertical, la antena resultante dirige la señal horizontalmente 360 grados alrededor del eje del látigo. La onda en el campo lejano está polarizada verticalmente (= campo eléctrico vertical). La comunicación sería débil con una estación que tiene un dipolo de media onda horizontal.

El reflejo de tierra también es cierto con un dipolo de media onda. Se utiliza en comunicaciones de radio de onda corta de larga distancia como un método para dirigir el haz un poco hacia arriba para obtener reflejos de ionosfera efectivos. La elevación de un dipolo horizontal se ajusta para la zona de aterrizaje deseada para el reflejo de ionosfera. La actividad del sol varía , por lo que leer atentamente los pronósticos meteorológicos por radio es esencial para una comunicación de onda corta óptima.

Las estaciones de radio de MW alrededor de 1 MHz a menudo tienen látigos verticales. El plano de tierra es el terreno real.

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¿Por qué 1/4 de longitud de onda tiene que tener un plano de tierra y 1/2 no?

Así es como lo pienso, un dipolo de 1/2 longitud de onda son solo dos antenas de 1/4 de longitud de onda consecutivas, y cualquiera de las dos puede considerarse el látigo o el plano de tierra.

O bien, un 1 / 4 longitud de onda vertical es solo 1/2 antena de longitud de onda con el suelo plano como el otro elemento de 1/4 de longitud de onda. En este caso, simplemente comenzamos a medir en el medio en lugar de medir ambos elementos.

O, en realidad, ambos son la misma antena solo con diferentes optimizaciones y compromisos para obtener la polarización, impedancia y características direccionales deseadas. . Con el dipolo de 1/2 longitud de onda, ambos elementos son idénticos. Con el látigo de 1/4 de longitud de onda, un elemento es un alambre y el otro un plano o cono. En realidad, hay muchas variaciones sobre este tema, solo que estos dos son los más comunes. Llamar a una longitud de onda 1/4 y la otra 1/2 longitud de onda no es exactamente una descripción precisa de ninguna de las dos, pero así es como las describimos y pensamos en ellas porque en la práctica esto describe la dimensión más prominente de cuánto espacio ocupan. .

Podríamos llamar a estas antenas de 1/4 de longitud de onda un «monopolo» pero no lo son, siempre hay dos polos. Con los dispositivos electromagnéticos no hay norte sin sur, no hay izquierda sin derecha, sin potencial de voltaje sin una referencia de tierra. La razón por la que estas antenas se describen como 1/2 longitud de onda también es un poco arbitraria, es tan larga como debe ser para alcanzar los dos puntos de flujo de corriente cero para la frecuencia de interés .

Una vez que he llegado a comprender que gran parte de esto es simplemente una nomenclatura medio arbitraria, entonces no me preocupo demasiado por eso. Quizás sea mejor aprender los nombres convencionales de las cosas, mantener el ecuaciones utilizadas para el diseño donde pueda encontrarlas, y no se preocupe demasiado de por qué es así. Me ha funcionado hasta ahora.