Varför har 1/4 våglängd ett jordplan och 1/2 våglängd behöver inget?

Jag kan inte förstå varför vi behöver använda ett jordplan med 1/4 våglängd och 1/2 våglängd behövs inte.

En 1/2 \ $ \ lambda \ $ dipol har så här spännings- och strömvågor: –

Bild från Wikipedia .

Om du nu fokuserar ditt öga på bildens döda mittpunkt ser du att spänningen alltid är noll volt. Detta beror på att en dipol drivs optimalt med en balanserad spänningskälla ( \ $ V_O \ $ ). En balanserad spänningskälla föredras för en dipolantenn. Faktum är att spänningen och den elektriska fältet är noll längs hela den gröna linjen nedan: –

Detta innebär att du valfritt kan betrakta den gröna linjen som jord (förutsatt att antennen drivs på ett balanserat sätt). Om du nu skulle klippa bilden ovan till hälften skulle du ha en \ $ \ lambda \ $ monopol som drivs med en obalanserad spänningskälla. En obalanserad spänning källan är en som vanligtvis har 0 volt på ett ben medan det andra benet driver spänningen: –

Och inte överraskande har den hälften av den impedans som presenteras av halvvågsdipolen. Men för att behålla samma strålningsmönster måste du ”tvinga” ett jordplan som gör vad den gröna linjen gör.

Kommentarer

• Tack så mycket för förklaringen
• @LUFER det rätta tacket i Stack Exchange-nätverket är att acceptera svaret som hjälpte dig mest (om något). Du kan göra detta genom att klicka på kryssmarkeringen till vänster om svaret (under dess poäng).
• Eller vänta några dagar till eftersom nyligen oacceptabla frågor tenderar att locka lite mer uppmärksamhet än de se som accepteras tidigt.

En kvartvågs monopolantenn inte ”t har för att ha en mark plan . .. om du inte vill att den ska utstråla EM-energi med en viss effektivitet och mönster.

EM-strålning kräver accelererande elektriska laddningar, vilket vanligtvis innebär en spänningsdifferens mellan två separata områden i rymden. Ett ledande jordplan är ett särskilt bra område av spänningsdifferens från spänningen på delar av en (kort) monopolantenn.

Annars kommer spänningsdifferensen att inträffa någon annanstans, till exempel runt hand, arm och kropp av en person som håller en VHF HT-radio med endast en kvartvågspip eller ”ducky” -antenn. Och din kropp är inte lika effektiv en motsats som ett ledande jordplan.

Med en halvvågs dipolantenn fungerar varje halva som en fint balanserad motsats för den andra halvan och delar upp den oscillerande spänningsdifferensen mellan de två halvor med samma längd, vilket leder till en fin symmetri i EM-fältets mönster, vilket hjälper till att skapa ett mer förutsägbart RF-strålningsmönster (nära och långt fält). Ett ledande markplan under en kvartvågs monopol leder till en liknande symmetri i kombination med EM-fältets spegelbild.

Om det inte finns något markplan (eller någon annan väl utformad uppsättning motställningar) under en kort vertikalt, vilket leder till att RF-spänningsdifferensen är mellan olika ofta slumpmässigt placerade ledande föremål (matningsledningar, radiohölje, jordremmar, ledningsnät, regnrännor och så vidare) och förlust av smuts. markförluster och möjligen chockerande ”RF i hyddan”.

ARRL Antennboken och Antennfysikboken har information om detta ämne. Även många många läroböcker om elektromagnetik och antenner.

Kommentarer

• Tack så mycket för förklaringen

En vertikal kvartsvågspisk med markplan tillämpar ett vanligt trick i praktisk elektromagnetik. Markplanet genererar spegelbilden av piskan och den spegelbilden beter sig som om den matades av inverterad signal. Resultatet är som en vertikal halvvågsdipol i fritt utrymme.

Teoretiskt bör marken vara en stor plan yta men även en massa separata stavar som är anslutna till matningskoaxkabelns skärm gör jobbet acceptabelt.

Om markplanet är horisontellt och piskan är vertikal riktar den resulterande antennen signalen horisontellt 360 grader runt piskaxeln. Vågen i det avlägsna fältet är vertikalt polariserat (= vertikalt elektriskt fält). Kommunikationen skulle vara svag med en station som har en horisontell halvvågsdipol.

Markspeglingen gäller också med en halvvågsdipol. Den används i långdistansradiokommunikation som en metod för att rikta strålen lite uppåt för att få effektiva jonosfärreflexioner. En horisontell dipols höjd justeras för önskad landningszon för jonosfärreflektion. , så det är viktigt att läsa noga radioväderprognoser för optimal kortvågskommunikation.

MW-radiostationer runt 1MHz har ofta vertikala piskor. Markplanet är den verkliga marken.

Kommentarer

• Tack så mycket för förklaringen

Varför måste 1/4 våglängd ha ett jordplan och 1/2 inte ”t?

Så här tänker jag på det, en dipol med 1/2 våglängd är bara två 1/4 våglängdsantenner rygg mot rygg och kan antingen betraktas som pisk- eller markplanet. / 4 våglängd vertikalt är bara 1/2 våglängd antenn med marken planet som det andra 1/4 våglängdselementet. I det här fallet börjar vi helt enkelt mäta i mitten istället för att mäta båda elementen.

Eller är de båda i själva verket samma antenn bara med olika optimeringar och kompromisser för att få önskad polarisation, impedans och riktningsegenskaper . Med 1/2 våglängdsdipolen är båda elementen identiska. Med 1/4 våglängdspisken är ett element en tråd och det andra ett plan eller en kon. Det finns faktiskt många variationer på detta tema, det är bara att dessa två är de vanligaste. Att kalla en 1/4 våglängd och den andra 1/2 våglängden är inte exakt en exakt beskrivning av endera, men det är så vi beskriver dem och tänker på dem eftersom det i praktiken beskriver den mest framträdande dimensionen på hur mycket utrymme de tar .

Vi kan kalla dessa 1/4 våglängdsantenner en ”monopol” men de är inte, det finns alltid två poler. Med elektromagnetiska enheter finns ingen norr utan söder, ingen vänster utan höger, ingen spänningspotential utan en jordreferens. Anledningen till att dessa antenner beskrivs som 1/2 våglängd är också lite godtycklig, det är så länge det måste vara att nå de två punkterna med noll strömflöde för frekvensen av intresse .

När jag förstår att mycket av detta helt enkelt är en halv godtycklig nomenklatur så oroar jag mig inte för mycket. Kanske kan det vara bäst att bara lära sig de konventionella namnen på saker, behålla ekvationer som används för design där du hittar dem, och oroa dig inte för mycket för varför det är som det är. Det har fungerat för mig hittills.