Почему 50 Ω часто выбирают в качестве входного сопротивления антенн, тогда как сопротивление в свободном пространстве составляет 377 Ω?


30

Чтобы эффективно доставлять энергию в другую часть схемы без отражения, необходимо согласовать импедансы всех элементов схемы. Свободное пространство можно рассматривать как дополнительный элемент, поскольку передающая антенна в конечном итоге должна излучать в нее всю мощность от линии передачи.

Теперь, если импедансы в линии передачи и в антенне согласованы на 50 Ом, но импеданс свободного пространства равен 377 Ом, не будет ли несоответствие импеданса и, следовательно, менее оптимальное излучение от антенны?

введите описание изображения здесь

РЕДАКТИРОВАТЬ:

Насколько я понял из ответов, литературы и обсуждений в Интернете, антенна действует как преобразователь импеданса между линией питания и свободным пространством. Аргумент гласит: никакая мощность от линии питания не отражается и должна идти на антенну. Можно предположить, что антенна является резонансной и поэтому излучает всю свою мощность в свободное пространство (не учитывая потери тепла и т. Д.). Это означает, что нет отраженной мощности между антенной и свободным пространством, и поэтому переход между антенной и свободным пространством согласован.

То же самое должно быть верно в обратном направлении для приемной антенны (принцип взаимности): волна в свободном пространстве ( Z0 ) падает на антенну, и полученная мощность подается в линию передачи (снова через преобразование импеданса). По крайней мере, в одном документе (Devi et al., Проект широкополосной E-образной патч-антенны 377 Ω для ВЧ-сбора энергии, СВЧ и оптические письма (2012), том 54, № 3, 10.1002 / mop.26607) это было упомянул, что антенна 377 Ом с отдельной цепью для согласования с 50 Ом была использована для «достижения широкой полосы пропускания полного сопротивления» с высоким уровнем мощности. Если антенна обычно уже является трансформатором импеданса, то для чего тогда нужна согласующая цепь? Или, в качестве альтернативы, при каких обстоятельствах антенна не является также трансформатором импеданса?

Некоторые полезные источники и обсуждения, которые я нашел:


3
Для ТВ я вижу чаще 75 Ом, и вам нужно учитывать импеданс питающей линии, а затем вы смотрите, где находится лучшая передача мощности (в википедии есть диаграмма) и других параметров, а затем вы находите компромисс
PlasmaHH

Короче говоря, 50 Ом - хороший компромисс между передачей мощности к антенне и диэлектрическими потерями в кабелях, которые мы можем легко сделать. Приятно иметь возможность делать вещи легко.
DonFusili

4
«Мой вопрос: как один провод (длиной 1/4 или 1/2 длины) преобразует форму 50 в 377?» - Вы имеете в виду, как антенна преобразуется из 50 в 377 Ом? Если это то, что вы хотите знать, то это должно быть в вашем вопросе. В противном случае ответ просто «потому что это импеданс антенны такого типа».
Брюс Эбботт

1
И то, и другое верно. Это не противоречие. Аненны действуют как преобразователи, и вы можете создавать их таким образом, чтобы преобразовывать их в высокое или низкое сопротивление в зависимости от конструкции антенны. То же самое верно для усилителей или линий передачи.
Творог

2
@ahemmetter: ... потому что это просто линия электропередачи. Он просто не обладает особым свойством антенн: эффективно передавать энергию / собирать энергию из космоса. Совпадение импеданса - не все, что вам нужно.
Творог

Ответы:


15

Входное сопротивление некоторых устройств / цепей (трансформаторов) не обязательно должно соответствовать их выходному сопротивлению.

Рассмотрим антенну 50 Ом (или любое другое сопротивление) в качестве трансформатора, который преобразует 50 Ом (со стороны провода) в 377 Ом (со стороны пространства).

Полное сопротивление антенны определяется не только импедансом свободного пространства, но и тем, как она устроена.

Таким образом, антенна действительно соответствует сопротивлению свободного пространства (с одной стороны); и в идеале также полное сопротивление цепи (с другой стороны).
Поскольку импеданс космической стороны всегда одинаков (для всех видов антенн, работающих в вакууме или в воздухе), это не нужно упоминать.
Только проводная сторона - это то, что вам нужно и может заботиться.

Причина, по которой 50 Ω, 75 Ω или 300 Ω или ... выбирается в качестве импеданса антенны, заключается в практических причинах создания конкретных антенн / линий передачи / усилителей с этим сопротивлением.

Возможный анзац для расчета радиационной стойкости R антенны:

Найдите ответ на вопрос: «Сколько мощности P (в среднем за один период) излучается, если синусоидальный сигнал с заданной амплитудой напряжения (или тока) V0 (или I0 ) подается на антенну?»

Тогда вы получите R=V022P (или=2PI02 )

Вы получаете излучаемую мощность P путем интегрирования вектора Пойнтинга S (= излучаемая мощность на область) по сфере, охватывающей антенну.

Вектор Пойнтинга S=1μ0E×BгдеEиB- электрические / магнитные поля, вызванные напряжениями и токами в вашей антенне.

Вы можете найти пример такого расчета в статье Википедии о «Дипольной антенне», в параграфе « Короткий диполь» .


6
Мой вопрос к этому: как один провод (длиной 1/4 или 1/2 длины) преобразует форму 50 в 377? Там нет очевидного соотношения 2:15.
Puffafish

4
«Просто» примените уравнения Максвелла к вашей геометрии антенны, и вы обнаружите, что получится, что она делает (не совсем, но примерно). Ваше ожидание немедленно «увидеть» соотношение 50/377 в отношении длины проволоки или длины волны не оправдано; но вы получите результат, если вы сделаете интеграции и т. д.
Творог

3
В лучшем случае вы утверждаете, что импеданс точки питания - это то, что он есть, потому что именно это работает. Это не ответ. Ответ объяснил бы почему импеданс точки питания такой, какой он есть. И нет, он не слишком совпадает с линией питания, если вообще что-то не так, линия питания разработана с полным сопротивлением антенны в качестве одной из целей.
Крис Страттон

2
Спасибо за добавление анзаца. Итак, для уточнения: входное сопротивление (особенно сопротивление излучения R ) - это импеданс, «видимый» линией передачи, тогда как мощность, излучаемая в свободное пространство, зависит от импеданса в свободном пространстве в векторе Пойнтинга . И антенна просто трансформируется между обоими сопротивлениями. Это более или менее правильно? S=E2Z0
Ahemmetter

1
@Faekynn: Я бы не сказал, что они имеют отношение, потому что: предположим, что вы погружаете 50-омную (воздушную) антенну в воду (или другую среду), ее радиационная стойкость меняется очень хорошо.
Творог

8

Во всех ответах указаны некоторые допустимые моменты, но они не дают точного ответа на вопрос, который я хочу повторить для ясности:

Why is 50 Ω often chosen as the input impedance of antennas, whereas the free space impedance is 377 Ω?

Краткий и простой ответ

Эти два сопротивления не имеют никакого отношения вообще. Они описывают различные физические явления: входной импеданс антенны не связан с импедансом в свободном пространстве 377 Ом. Только случайно единица обоих слагаемых одинакова (т. Е. Ом). Кроме того, 50 Ом - это обычное значение для характеристических сопротивлений линий передачи и т. Д., См. Другие ответы.

По сути, входной импеданс антенны, любое другое сопротивление или реактивное сопротивление, а также характеристические импедансы являются описаниями на уровне цепи для обработки напряжений и токов, тогда как импеданс волны в свободном пространстве предназначен для описания электрических и магнитных полей. В частности, (действительное) входное сопротивление 50 Ом означает, что если вы подаете напряжение 50 В на антенну, ток 1 А будет течь через точку питания антенны. Импеданс в свободном пространстве не имеет отношения к какой-либо конфигурации антенны или материала. Он описывает соотношение электрического и магнитного полей в распространяющейся плоской волне, которое аппроксимируется полученным на бесконечном расстоянии излучающей антенной.

Более длинный ответ

Первый импеданс, упомянутый в вопросе, - это входной импеданс антенны, который представляет собой сумму радиационной стойкости, сопротивления потерь и реактивных компонентов, которые описаны как мнимая часть. Это связано с токами I и напряжениями V на выводе питания на уровне описания схемы, то есть

R=VI.
При изменении точки подачи антенны значение этого радиационного сопротивления может измениться (этот факт используется, например, для согласования вставных антенн с микрополосковыми вставками). Однако излучаемые поля остаются в основном такими же.

Это сопротивление R сопротивления излучения такого же типа, как у резистора или характеристического импеданса линии передачи коаксиальных линий или микрополосковых линий, поскольку они также определяются через напряжения и токи.

Сопротивление излучению не является реальным сопротивлением, это всего лишь модель для случая излучения (т. Е. Работы антенны для передачи мощности), когда мощность теряется с точки зрения схемы, поскольку она излучается.

Второй импеданс представляет собой волновой импеданс полей, который описывает отношения электрического ( E ) и магнитного ( H ) полей. Импеданс в свободном пространстве, например, задается как

Z0,freespace=EH=π119,9169832Ω377Ω.
Мы сразу видим, что поля и напряжения имеют отношение, которое может изменяться в зависимости от геометрии и т. Д., Или не может быть уникального определения напряжений (например, в полом волноводе).

Чтобы сделать это отсутствие взаимосвязи импедансов такого рода более понятным, может помочь пример. В очень простом случае волны ТЕА внутри коаксиального кабеля мы знаем, как рассчитать волновое сопротивление коаксиального кабеля на основе геометрии как

Z0,coax=12πμ0ϵ0lnrouterrinner,
если предположить, что наполняющим материалом является вакуум. Это характерный импеданс (линии передачи) для токов и напряжений этой линии, и это тот тип импеданса, который должен соответствовать входному импедансу антенны.

Однако, посмотрев на поля внутри кабеля, мы обнаружим, что электрическое поле имеет только радиальную составляющую (точные значения в данном контексте не имеют значения)

Er1rln(rinner/router).
Что более интересно,полеB имеет толькоϕ -компоненту, которая является масштабированной версией электрического радиального поля
Bϕ=kωEr=1cEr,
Гдеc является скорость света, которая составляет от свободного пространства (!)Потому что среда внутри свободное пространство. Используя
B=μH,
наконец , мы знаем фи-компоненту магнитного поля как
Hϕ=ϵμEr=Z0,freespaceEr,
Таким образом, отношение электрических и магнитных полей , является постоянным , и только зависящей от среды; однако это не зависит от геометрии кабеля.

Для свободного пространства внутри коаксиального кабеля волновое сопротивление всегда составляет приблизительно 377 Ом, в то время как характеристическое сопротивление зависит от геометрии и может принимать любое возможное значение от почти нуля до чрезвычайно больших значений.

Заключение и заключительные замечания

Если мы снова посмотрим на пример коаксиального кабеля и оставим его открытым в конце, то достижение характеристического сопротивления ~ 377 Ом не имеет отношения к полям. Любой коаксиальный кабель, заполненный воздухом, имеет волновое сопротивление ~ 377 Ом, но это вовсе не помогает сделать открытый кусок коаксиального кабеля хорошей антенной. Следовательно, хорошее определение антенны вообще не относится к импедансам, а гласит:

An antenna is a transducer from a guided wave to an unguided wave.


«Первое сопротивление, упомянутое в этом вопросе, - это входное сопротивление антенны, которое представляет собой сумму сопротивления излучения и потерь». это не правильное утверждение. Входной импеданс антенны также может состоять из нереального компонента. Радиационная стойкость и потери эффективности - это только реальные (чисто резистивные) условия. Многие распространенные антенны (включая строгое определение антенны с длиной волны 1/2) имеют компонент реактивного сопротивления.
Гленн W9IQ

Следует отметить, что, строго говоря, действительная часть входного сопротивления антенны и радиационная стойкость антенны могут быть совершенно разными. Классическим примером является дипольная антенна с 1/2 длиной волны, не питаемая от центра.
Гленн W9IQ

«Если мы снова посмотрим на пример коаксиального кабеля и оставим его открытым в конце, достижение полного сопротивления линии ~ 377 Ом не имеет отношения к полям.» Это также не «импеданс линии» и не вход сопротивление или характеристическое сопротивление.
Гленн W9IQ

@ GlennW9IQ о первом комментарии: вы правы, я забыл упомянуть реактивные части входного сопротивления.
Факинн

2-й комментарий: это, вероятно, зависит от того, как вы определяете радиационную стойкость. для меня сопротивление излучения просто изменяется в случае нецентрализованного питания и все равно равно действительной части входного сопротивления антенны, но теперь для антенны другого типа
Faekynn

5

50 Ом это соглашение. Гораздо удобнее, если в комнате, полной оборудования, используется один и тот же импеданс.

Почему это конвенция? Потому что коаксиальный кабель популярен, и потому что 50 Ом - это хорошее значение для коаксиального сопротивления, и это хорошее круглое число.

Почему это хорошая ценность для коаксиального кабеля? Сопротивление коаксиального кабеля является функцией отношения диаметров экрана и центрального проводника к используемому диэлектрическому материалу:

Z0=138ϵlog10(Dd)

Или переставить алгебраически:

Dd=10ϵZ0/138

где:

  • Z0 - волновое сопротивление коаксиального кабеля
  • ϵ - диэлектрическая проницаемость (воздух равен 1, ПТФЭ равен 2,1)
  • D - диаметр внутренней поверхности экрана
  • d - диаметр наружной поверхности центрального проводника

Z0=377Ω и PFTE диэлектрик:

Dd=102.1 377/138=9097

Таким образом, для коаксиального кабеля с внешним диаметром 10 мм (RG-8, LMR-400 и т. Д. Примерно такого размера), центральный проводник должен быть 10 мм / 9097 = 1,10 микрометра . Это невероятно хорошо: если бы его даже можно было изготовить из меди, он был бы чрезвычайно хрупким. Кроме того, потери будут очень высокими из-за высокого сопротивления.

Z0знак равно50Ω дает внутренний проводник приблизительно 3 мм или 9 калибровочный провод. Легко изготавливаемый, механически прочный и с достаточной площадью поверхности, что приводит к приемлемо низким потерям.

Итак, 50 Ом это соглашение, потому что оно работает для коаксиального кабеля. Но как насчет свободного пространства, которое мы не можем изменить? Это проблема?

На самом деле, нет. Антенны являются импедансными трансформаторами. Резонансный дипольный проводник - это очень простая конструкция антенны, и он имеет импеданс точки питания 70 Ом, а не 377.

Это не такая иностранная концепция. Воздух и другие материалы также имеют акустический импеданс, который представляет собой отношение давления к объемному расходу. Это аналогично электрическому сопротивлению, которое является отношением напряжения к току. Где-то в вашем доме у вас, вероятно, есть динамик (возможно, сабвуфер) с рогом на нем: этот рог предназначен для измерения очень низкого акустического импеданса воздуха и преобразования его во что-то более высокое, чтобы лучше соответствовать водителю.

Антенна выполняет ту же функцию, но для электрических волн. Свободное пространство, в которое излучается антенна, имеет фиксированный импеданс 377 Ом, но импеданс на другом конце зависит от геометрии антенны. Ранее упоминалось, резонансный диполь имеет импеданс 70 Ом. Но сгибание этого диполя, чтобы он образовывал «V» вместо прямой линии, уменьшит этот импеданс. Монополь антенна имеет половину импеданса антенны: 35 Ом. Сложенном диполя имеет четыре раза импеданс простого диполя: 280 Ом.

Более сложная геометрия антенны может привести к любому необходимому импедансу точки питания, поэтому, хотя технически возможно разработать антенну с импедансом точки питания 377 Ом, но вы не захотите использовать ее с коаксиальным кабелем по вышеуказанным причинам. Но, возможно , сработал бы двойной провод , хотя не было бы особого преимущества для 377-омного двойного провода.

В конце концов, работа антенны по определению заключается в том, чтобы преобразовать волну в одной среде (свободное пространство) в волну в другой среде (линия подачи). Эти два параметра обычно не имеют одинакового характеристического сопротивления, поэтому для эффективной работы антенна должна быть трансформатором сопротивления. Большинство антенн преобразуется в 50 Ом, потому что большинство людей хотят использовать коаксиальные линии питания 50 Ом.


Хороший ответ. Но диаметр на внутренней поверхности экрана LMR-400 составляет 0,285 "(7,2 мм). Диаметр над внешней оболочкой составляет 10 мм. Это делает вашу точку зрения еще лучше, так как теперь ваш проводник должен иметь диаметр 8 мкм (или около 80 AWG).
Давидмнидхам

Правда, я должен был сказать, что это приближение.
Фил Фрост

1
Это верно, как вы заявляете в своем ответе there wouldn't be any particular advantage to 377 ohm twin-lead.. Отсутствует причина, которую я привел в своем ответе: сопротивление или сопротивление линии 377 Ом - это отношение напряжения и тока, тогда как сопротивление волны в свободном пространстве 377 Ом - это отношение электрического и магнитного полей. , Так что просто такой же блок, но никакого отношения.
Факинн

@Faekynn Это также отношение электрических и магнитных полей в линии передачи, если учитывать поля, которые существуют между проводниками в линии передачи.
Фил Фрост

1
да, это правильно, но разница сохраняется. Волновое сопротивление коаксиального кабеля, заполненного воздухом, составляет ~ 377 Ом, но сопротивление линии - это нечто с логарифмом (диаметрами). Таким образом, также для линии электропередачи есть эти два несвязанных сопротивления. Я попытался объяснить это в своем ответе.
Факинн

1

Я делаю свои первые шаги в области антенны и радиочастот. Я узнал об Антеннном Импедансе, когда нашел этот вопрос, и постараюсь на него ответить. Надеюсь, я понял вопрос! Извините, если ответ выглядит глупо, я просто "НАЧИНАЮЩИЙ" :)

Вы сказали: «Почему 50 Ω часто выбирают в качестве входного сопротивления антенн, тогда как сопротивление в свободном пространстве составляет 377 Ω?», Я думаю, что ответ уже включен в вопрос. Да, это слово «ВВОД». 50 Ом выбирается как вход, а не как выходной импеданс, если мы хотим передавать или принимать максимальную мощность между коаксиальной линией и антенной, мы должны соответствовать их сопротивлению (в данном случае это 50 Ом из-за стандартов) Если вы выбрали 377 Ом в качестве входного импеданса антенны, чтобы согласовать его с воздушным импедансом, вы потеряете передачу мощности между коаксиальной линией и антенной.
Если мы рассмотрим антенну как элемент схемы, который имеет вход и «выходное сопротивление», он будет выглядеть следующим образом:

схематический

смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab


0

Радиационная стойкость, ррПолуволнового диполя 73Ω, Это напрямую связано с импедансом точки питания, то есть это импеданс, представленный линии передачи антенной на расчетной частоте.

рр связано с полным сопротивлением свободного пространства (то есть с сопротивлением, наблюдаемым электромагнитной волной, движущейся в свободном пространстве), но не равно ему.


Но в этом-то и дело: как радиационная стойкость связана с импедансом в свободном пространстве? В качестве альтернативы, можно ли заменить антенну так, чтобы она соответствовала линии питания, но не излучала свою мощность в свободное пространство (и вместо этого терялась в виде тепла)?
Ahemmetter

@ahemmeter неизлучающая антенна называется фиктивной нагрузкой. Как правило, он состоит из резистора с большей мощностью, с тщательными мерами для достижения охлаждения и управления импедансом по всей геометрии элемента, так что КСВ остается близким к идеальному даже на более высоких частотах. Конечно, вы можете добавить резисторы последовательно или параллельно с реальной антенной, но вы, вероятно, не захотите.
Крис Страттон

Чего нет в этом ответе, так это утверждения о том, почему импеданс точки диполя является тем, чем он является.
Крис Страттон

@ChrisStratton Ах, я совсем забыл о фиктивной нагрузке, верно. Так что это будет пример чего-то, что соответствует входу, но больше не освобождает пространство, так как оно не трансформирует импедансы.
Ahemmetter

Полуволновое дипольное сопротивление 73 + 43j . Если диполь немного укоротить, чтобы сделать его резонансным , импеданс снизится примерно до 70 Ом.
Фил Фрост

0

Этот вопрос является хорошим примером чрезмерной интерпретации правил электротехники, которые были разработаны, чтобы сделать физику более управляемой в практическом контексте. Импеданс просто не так важен.

Энергия радиоволны воплощается в электрическом и магнитном полях, распределенных в пространственном объеме. Уравнения Максвелла устанавливают требования к отношениям между этими полями, а однородные уравнения подразумевают, что нарушение равновесия будет распространяться. Последнее видно из того факта, что волновое уравнение легко выводится из фундаментальных уравнений.

В волновом уравнении имеется подразумеваемая скорость распространения, которая является обратной величиной квадратного корня от произведения магнитной проницаемости и электрической проницаемости среды распространения.

Квадратный корень отношения этих двух величин имеет единицы импеданса, а когда рассматриваемой средой является вакуум или воздух, это называется «радиационным импедансом свободного пространства».

Эта фраза относится к легкости (или сложности) установления неравновесного электромагнитного возмущения. В общем, это мера способности объема среды накапливать энергию в электромагнитной форме. Больше энергии требует большего объема, иначе вы рискуете нелинейным поломкой. Очень слабо, мы количественно определяем, насколько сложно направить энергию в систему.

В линии электропередачи, скажем старомодный двойной провод, мы имеем похожую ситуацию с различными граничными условиями. Энергия в линии накапливается (временно) в колебательном электрическом поле между проводниками и колеблющемся магнитном поле вокруг проводников. Эта энергия может распространяться в двух направлениях. Если у вас одинаковое количество энергии, распространяющейся в обоих направлениях, у вас есть резонанс или стоячая волна. Если у вас есть согласованные окончания, энергия покидает линию, когда она достигает конца и не отражается и не распространяется обратно. Важно понимать, что мощность передается в изоляторе , а не в проводниках., Проводники присутствуют только для обеспечения граничных условий, и носители заряда в проводниках колеблются по существу на месте, обеспечивая выводы для электрических полей и связывая электрические и магнитные поля. Эти идеи в равной степени применимы к коаксиальным линиям, но их легче визуализировать в двойном отведении.

Как и в свободном пространстве, линия передачи имеет характерное сопротивление, которое является мерой ее способности временно хранить энергию, распределенную по ее длине. Этот импеданс зависит от геометрии проводников (граничных условий) и относительной проницаемости и диэлектрической проницаемости материалов, из которых изготовлена ​​линия. Аналогично, существует характерная скорость распространения, которая обычно составляет существенную часть скорости света в вакууме.

Требование «согласования» импедансов вытекает из физики отражения волн. Очевидно, что любая отраженная энергия не распространяется из системы. Совпадение устраняет отраженную энергию. Важно понимать, что широкополосные совпадения сложны. Совпадения обычно настраиваются на конкретную расчетную частоту системы, и внеполосные сигналы могут демонстрировать значительные отражения.

В резонансной линии подачи этот факт используется путем возбуждения линии на ее резонансной частоте. В резонансе импеданс линии является чисто резистивным. Сложность в том, что вам нужно точно контролировать длину линии подачи, и это полезно только на его резонансной частоте.

Более практичным компромиссом является согласование импеданса. Тогда линия подачи может иметь любую разумную длину, и сигнал может представлять собой композицию из множества частот или множества независимых сигналов в пределах ограничений полосы пропускания совпадения.

Простая антенна, такая как диполь, работает в резонансе. Это резонансная линия питания. Поэтому он представляет чисто резистивный характеристический импеданс (в зависимости от геометрии и физики) на своей расчетной частоте. Линия, соответствующая этому сопротивлению, доставит всю свою энергию к антенне. Антенна, являющаяся резонансной линией питания, в свою очередь доставляет всю свою энергию в следующую систему, которая обычно является свободным пространством. Это происходит потому, что при проектной частоте реактивного сопротивления нет. Если вам нужно продвигать больше энергии, вам нужно вести антенну сильнее, что повышает пиковые напряжения и токи в антенне, что увеличивает количество энергии, выталкиваемой в свободное пространство в течение данного цикла. Очевидно, что существуют ограничения, налагаемые нелинейным пробоем.

Широкополосная антенна - это просто линия с потерями. В пределах проектной полосы пропускания вся энергия излучается к тому времени, когда колебание достигает конца линии подачи. Такие антенны обычно воплощают коническую геометрию в некоторой форме с пределом низких частот, установленным основанием конуса, и пределом высоких частот, установленным практическими пределами на точечность конуса.


Спасибо за ответ! Если мы возьмем оптический аналог системы питающая линия / антенна / свободное пространство, мы можем рассмотреть разные плиты прозрачных сред с разными показателями преломления. Предположим, что первый интерфейс согласован и не дает отражения: энергия находится во второй («антенной») среде и образует стоячую волну (например, резонанс Фабри-Перо). В конце концов, конечно, энергия в полости излучается в третью среду (свободное пространство). Что изменится, если среда антенны и среда в свободном пространстве будут одинаковымиN? Там нет полости и все излучение передается
Ahemmetter

Примечание: здесь поддерживается MathJax . Использование может сделать ваш ответ более понятным.
Питер Мортенсен

Как вы определяете «резонансную линию подачи»? «При резонансе импеданс линии является чисто резистивным». не может быть так, потому что любая реальная линия передачи (т.е. с потерями) должна иметь реактивный компонент как часть характеристического импеданса.
Гленн W9IQ

0

Все это хорошо в теории, но то, что работает на практике, - это отдельная история. Я был инженером связи в течение большей части 50 лет. Здесь мы должны помнить, что мы пытаемся объяснить устройство, называемое антенной, и почему оно работает или не работает, или насколько хорошо оно работает или не выполняет свою работу. Да, новый студент обычно может сделать функциональное устройство из всех этих вычислений, однако это не всегда так. Я построил несколько очень требовательных антенн из теории, которые просто работали очень плохо, если вообще. Хорошим примером является J-полюс, производительность которого зачастую совсем не такая, как можно было бы ожидать, даже если при подключении к очень необычному испытательному оборудованию антенны, например, к VNA, похоже, что он должен быть отличным излучателем и приемником, хотя на самом деле он был более фиктивная нагрузка. Практика и теория часто не пересекаются. Было упомянуто 50 Ом, да, это большой компромисс между мирами 37,5 и 73 Ом, и он хорошо работает для этого, фактически 50 был выбран, потому что он работал на практике, и его было легко построить из существующих материалов. В частности, изоляторы для ввода водопроводных труб диаметром 1/2 дюйма и центральный проводник для использования на кораблях ВМС США во время Второй мировой войны. Необходимо было обеспечить изоляцию, чтобы фидерные линии проходили от антенн на палубе к оборудованию, расположенному в пределах безопасности корабля. Перед Второй Мировой Войной были буквально хижины "Radio Shacks", и я не имею в виду несуществующие магазины электроники, построенные прямо на главной палубе, чтобы иметь возможность проводить антенны к радио. Даже на более новых (в то время) судах радио-комната была построена на главной палубе на внешней стене. Теперь по очевидным причинам безопасности на военном корабле радиостанция никогда не должна находиться на палубе или легко подвергаться воздействию огня противника, поэтому оборудование и личная безопасность были необходимостью для того, чтобы родился коаксиал. Да, до этого были теоретические применения, но не в общей практике, использовался экранированный провод, но он был не коаксиальным и не обязательным, а проводил сигналы от верхней палубы к нижней палубе и наоборот, по линии подачи, отличной от двухпроводной или двухпроводной. нужна была лестничная линия, чтобы защитить входящие и исходящие сигналы, а также защитить персонал и другие вещи, такие как порох от радиочастот. Антенны очень похожи. Я часто упоминаю упоминание о 1/4 волновых антеннах, правда в том, что на самом деле такого нет. Почти все практические антенны представляют собой своего рода 1/2 волновой диполь. В случае волны 1/4 другая половина антенн обычно является автомобилем или какой-либо другой земной плоскостью. Что касается 377 кОм или 50 или любого другого импеданса, это все о точке подачи и / или буквальном угле антенны, такой как V-образная антенна, упомянутая ранее. Возьмем, к примеру, антенну с питанием от конца волны 1/2, которая нужна где-то между 9: 1 и 12: 1 трансформатором Balun, чтобы она соответствовала и работала. Как и смещенный центр ФРС-Диполь. Теперь есть это волшебное и иногда противное слово BalUn! Это просто ничего плохого или волшебного, это просто согласующий трансформатор. Часто используется для перехода от сбалансированной линии питания или антенны к несбалансированной линии питания или антенне! Знает ли трансформатор сбалансированный от несбалансированного, НЕТ - нет. На самом деле он даже не знает, что такое полное сопротивление, он знает только отношения, то есть от 1 до 1, от 4 до 1 или от 9 до 1. Опять же, я отмечаю, что практика - это НЕ ТЕОРИЯ, тысячи на тысячи балунов 4: 1 используются во всем мире для подключения 50-омных устройств (радио), а линии питания обычно коаксиально подключаются к 300, 400 и даже 600-омным антеннам. Работают ли они, как ни странно, правильны ли учебники, не в вашей жизни, но опять же, все это будет спорным, если это не сработает на практике! Так что перестаньте беспокоиться о том, что цифры верны, они в лучшем случае ориентиры, что работает, РАБОТАЕТ! Кроме того, 377 Ом является теоретическим свободным пространством и, как и изотропная Вирджиния, его просто не существует! но опять же все это будет спорным, если это не сработает на практике! Так что перестаньте беспокоиться о том, что цифры верны, они в лучшем случае ориентиры, что работает, РАБОТАЕТ! Кроме того, 377 Ом является теоретическим свободным пространством и, как и изотропная Вирджиния, его просто не существует! но опять же все это будет спорным, если это не сработает на практике! Так что перестаньте беспокоиться о том, что цифры верны, они в лучшем случае ориентиры, что работает, РАБОТАЕТ! Кроме того, 377 Ом является теоретическим свободным пространством и, как и изотропная Вирджиния, его просто не существует!


Спасибо за ответ! То есть, вы говорите, что согласование импеданса со свободным пространством на практике не нужно? Кажется, это так, но вопрос был в том, по какой причине это не проблема. Из практики и уравнений Максвелла я вижу, что вся мощность излучается от антенны, если она согласована с линией передачи. Но тем не менее, существует несоответствие импеданса между двумя компонентами, и это вызывает отражение на самом базовом физическом уровне (а не просто в некоторой упрощенной модели). Так почему бы нам не рассмотреть это здесь? Модель ломается для антенн? Они трансформаторы?
Ahemmetter

Антенны можно считать трансформаторами типа. На самом деле некоторые из них относятся к магнитному полю, например, к маленькому магнитному контуру с одним поворотом. В случае антенны с магнитной петлей РЧ преобразуется в поля РЧ, т. Е. Е и Н, или в Магнитное поле. Так что да, я бы сказал, что их можно назвать трансформатором типа.
Laurin Cavender

1
Добро пожаловать в EE.SE, @Laurin. Перерывы в параграфах существуют уже более 50 лет. Используйте 2 x <Enter>, чтобы разбить стену текста на логические блоки. Это очень поможет читаемости.
Транзистор

0

«... Для эффективной подачи энергии в другую часть цепи без отражения необходимо согласовать импедансы всех элементов схемы ...»

Это ваше предположение . И это правильно, но не в случае антенн .

Потому что в антеннах у нас есть «отражение». Мощность, подаваемая на точку подачи (например, в диполе), распространяется вниз к концу проволоки и отражается обратно к точке подачи, где (если она резонансная) она будет соответствовать напряжению или току на 180 градусов по фазе таким образом отменяя, и представлен (так называемой) стоячей волной.

Таким образом, приложенная мощность отскакивает назад и вперед в антенном проводе, пока все не будет излучено или потеряно в виде тепла. Таким образом, не имеет значения, если сопротивление антенны отличается от свободного пространства. Практически говоря, что действительно важно, если энергия отражается обратно в передатчик и нагревает конечное усилительное устройство, тем самым тратя впустую энергию / энергию. Это происходит, когда полное сопротивление конечного усилителя не соответствует антенной системе (линия передачи плюс антенна). Но как только антенная система согласована с передатчиком, почти вся энергия будет передана в свободное пространство (за исключением сопротивления в проводе, которое обычно незначительно. Или так мне сказали.

И прокомментировать ответ Лаурин Кавендер WB4IVG: В теории нет разницы между теорией и практикой.


Это интересная мысль! Как это объясняется тем, что одна и та же антенна в разных окружающих средах (разныеZ0) ведет себя по-разному? Как и в оптике, все еще есть интерфейс, который создает какое-то отражение, если импедансы обоих носителей не равны. И мне кажется, что конструктивная помеха (стоячая волна) определяется только свойствами антенны: материалом и длиной.
Ahemmetter

Ahemmetter : это также хороший вопрос - и я думаю, что стоит рассмотреть антенну Yagi - на управляемый элемент подается мощность, но поля E влияют на элементы отражателя и директора и влияют на полное сопротивление и диаграмму направленности.
Baruch Atta

Хм, в антенне Яги разные индуцированные волны от пассивных элементов просто накладываются в дальнем поле, но не в активной части самой антенны. Без сомнения, они меняют диаграмму направленности, но отличается ли выходной импеданс?
Ahemmetter

«Это происходит, когда полное сопротивление конечного усилителя не соответствует антенной системе (линия передачи плюс антенна)». не является правильным. Если выходное сопротивление источника (передатчика) совпадает с характеристическим сопротивлением линии передачи (только), то никакого «переотражения» обратно на нагрузку не происходит. В противном случае происходит частичное или полное «переотражение» в направлении нагрузки.
Гленн W9IQ
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.