Por que 1/4 do comprimento de onda tem um plano de aterramento e 1/2 comprimento de onda não precisa de nenhum?

Não consigo entender por que precisamos usar um plano de solo em 1/4 do comprimento de onda e 1/2 do comprimento de onda desnecessário.

Um dipolo 1/2 \ $ \ lambda \ $ tem ondas de tensão e corrente como estas: –

Imagem da Wikipedia .

Agora, se você focalizar seu olho no centro da imagem, verá que a voltagem é sempre zero volts. Isso ocorre porque um dipolo é impulsionado de forma otimizada com uma fonte de voltagem balanceada ( \ $ V_O \ $ ). Uma fonte de voltagem balanceada é preferida para uma antena dipolo. Na verdade, a voltagem e elétrica campo é zero em todo o comprimento da linha verde abaixo: –

Isso significa que você pode, opcionalmente, considerar essa linha verde como terra (desde que a antena seja acionada de maneira equilibrada). Agora, se você cortasse a imagem acima pela metade, “daria um \ $ \ lambda \ $ monopolo de 1/4 conduzido com uma fonte de tensão desequilibrada. Uma tensão desequilibrada source é aquele que normalmente tem 0 volts em uma perna enquanto a outra perna faz a voltagem direcionada: –

E, não surpreendentemente, ele tem metade da impedância apresentada pelo dipolo de meia onda. Mas, para manter o mesmo padrão de radiação você precisa “forçar” um plano terrestre que faz o que a linha verde faz.

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Uma antena monopolo de quarto de onda não “t tem para ter um plano de solo. .. a menos que você queira irradiar energia EM com uma certa eficiência e padrão.

A radiação EM requer cargas elétricas aceleradas, o que geralmente implica um diferencial de voltagem entre duas áreas separadas no espaço. Um plano de aterramento condutor é uma região particularmente boa de diferencial de voltagem da voltagem em porções de uma antena monopolo (curta).

Caso contrário, o diferencial de voltagem ocorrerá em outro lugar, por exemplo, ao redor da mão, braço e corpo de uma pessoa segurando um rádio VHF HT com apenas um quarto de onda ou antena “patinho”. E seu corpo não é um contraponto tão eficiente quanto um plano de aterramento condutivo.

Com uma antena dipolo de meia onda, cada metade atua como um contraponto bem equilibrado para a outra metade, dividindo o diferencial de tensão oscilante entre as duas metades de comprimento igual, o que leva a uma boa simetria no padrão do campo EM, o que ajuda a criar um padrão de radiação de RF (campo próximo e distante) mais previsível. Um plano de aterramento condutivo sob um monopolo de quarto de onda leva a uma simetria semelhante em conjunto com a imagem espelhada do campo EM.

Se não houver um plano de aterramento (ou outro conjunto bem projetado de contrapostos) sob um curto vertical, que leva ao diferencial de tensão de RF entre vários objetos condutores frequentemente colocados aleatoriamente (linhas de alimentação, caixa de rádio, tiras de aterramento, fiação da fonte de alimentação, calhas de chuva e etc.) e sujeira com perda. O que leva a um padrão de radiação de antena imprevisível , perdas de solo e, possivelmente, “RF na cabana” chocante.

O livro ARRL Antenna Book e o livro Antenna Physics trazem informações sobre o assunto. Também muitos livros didáticos sobre eletromagnético e antenas.

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Um chicote vertical de quarto de onda com plano de terra aplica um truque comum na prática eletromagnética. O plano do solo gera a imagem espelhada do chicote e essa imagem espelhada se comporta como se fosse alimentada por um sinal invertido. O resultado é como um dipolo vertical de meia onda no espaço livre.

Teoricamente, o solo deveria ser uma grande superfície plana, mas até mesmo um monte de hastes separadas que estão conectadas à blindagem do cabo coaxial de alimentação fazem o trabalho aceitavelmente.

Se o plano de aterramento for horizontal e o chicote for vertical, a antena resultante direciona o sinal horizontalmente 360 graus ao redor do eixo do chicote. A onda no campo distante é polarizada verticalmente (= campo elétrico vertical). A comunicação seria fraca com uma estação que tem um dipolo de meia onda horizontal.

O espelhamento de terra é verdadeiro também com um dipolo de meia onda. É utilizado em comunicação de rádio de ondas curtas de longa distância como um método para direcionar o feixe um pouco para cima para obter reflexos da ionosfera eficazes. A elevação de um dipolo horizontal é ajustada para a zona de aterrissagem desejada para a reflexão da ionosfera. A atividade do sol varia , portanto, ler atentamente as previsões meteorológicas de rádio é essencial para uma comunicação de ondas curtas ideal.

As estações de rádio MW em torno de 1 MHz costumam ter chicotes verticais. O plano de solo é o terreno real.

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Por que 1/4 do comprimento de onda precisa ter um plano de solo e 1/2 não “t?

É assim que eu penso, um dipolo de 1/2 comprimento de onda é apenas duas antenas de 1/4 de comprimento de onda consecutivas e qualquer um pode ser considerado o chicote ou o plano de aterramento.

Ou, um 1 / 4 comprimento de onda vertical é apenas 1/2 comprimento de onda da antena com o solo plano como o outro elemento de comprimento de onda de 1/4. Neste caso, simplesmente começamos a medição no meio em vez de medir os dois elementos.

Ou, na verdade, ambos são a mesma antena, apenas com otimizações e compromissos diferentes para obter a polarização, impedância e características direcionais desejadas . Com o dipolo de 1/2 comprimento de onda, ambos os elementos são idênticos. Com o chicote de 1/4 de comprimento de onda, um elemento é um fio e o outro um plano ou cone. Na verdade, existem muitas variações sobre este tema, mas esses dois são os mais comuns. Chamar um comprimento de onda de 1/4 e o outro comprimento de onda de 1/2 não é exatamente uma descrição precisa de nenhum dos dois, mas é assim que os descrevemos e pensamos neles, porque na prática isso descreve a dimensão mais proeminente de quanto espaço eles ocupam .

Podemos chamar essas antenas de 1/4 de comprimento de onda de “monopolo”, mas elas não são, sempre há dois pólos. Com dispositivos eletromagnéticos, não há norte sem sul, nem esquerda sem direita, nenhum potencial de tensão sem uma referência de aterramento. O motivo pelo qual essas antenas são descritas como 1/2 comprimento de onda também é um pouco arbitrário, é o tempo necessário para atingir os dois pontos de fluxo de corrente zero para a frequência de interesse .

Depois de entender que muito disso é simplesmente meia nomenclatura arbitrária, não me preocupo muito com isso. Talvez seja melhor apenas aprender os nomes convencionais das coisas, mantenha o equações usadas para design onde você pode encontrá-los, e não se preocupar muito em por que é do jeito que é. Tem funcionado para mim até agora.