인덕터가 좋은 안테나가 아닌 이유는 무엇입니까?

[안테나]는 길이를 따라 전류가 흐르게되어 결과 필드가 해당 에너지를 공간으로 방출합니다. (수신 안테나는이 과정의 반대입니다.)

[이것]은 왜 작은 탱크 회로를 보드에 붙이고 효율적으로 방사 할 수 없는지 설명합니다.

^{( 소스 )}

나는 이것이 경험에서 사실이라는 것을 이해하지만 그 이유를 이해하지 못한다. 안테나의 치수가 어떻게 든 생성되는 필드를 변화시키는 것 같지만, 이것이 어떻게 에너지를 보다 효과적으로 방출 합니까? 방출되는 에너지는 어떻게 생겼습니까?

안테나 를 조정할 필요가 있음을 이해합니다 . 안테나로의 최대 전력 전송을 조정 한 후 수신 안테나로 더 많은 에너지를 얻는 방법이 궁금합니다.

실제로 아주 좋은 안테나 가 될 수 있습니다. 트랜지스터 라디오와 AM 대역 수신기 만 살펴보십시오. 유비쿼터스 소비재에서 안테나는 매우 높은 유전율을 가진 매우 낮은 손실 페라이트로 구성되었습니다. 이것은 매우 미세한 구리선의 많은 암페어로 감쌌습니다. 높은 유전율은 평방 마일 정도의 유전율 (정확히 기억한다면)로 인해 안테나의 유효 단면적을 제공하여 안테나의 전기적 크기를 수신 한 파장의 크기까지 가져옵니다.

기술적으로 구부러진 경우 안테나가 방사 Poynting 벡터의 자기장 부분과 상호 작용했다는 것을 고려할 수 있습니다.

인덕터 와의 거리 에서 전계 강도 가 매우 중요합니다. 인덕터가 근처의 공간에 0 필드로 잘 차폐되어 있으면 안테나처럼 작동하지 않습니다. 명백하게.

그렇다면 어떻게 인덕터의 먼 필드를 최대화하고 좋은 무선 안테나를 만들 수 있습니까? 우선, 우리는 관련된 거리에 대해 궁금해해야합니다. 필드는 인덕터로부터 어떤 특정 거리에서 강해야합니까? 답 : 1/4 파장. 이것은 전도성 물체와 상호 작용하는 이동 EM 파의 물리학에서 떨어지는 다소 '마법'값입니다. 인덕터에서 1/4 파장의 필드가 중요하지 않으면 인덕터가 해당 주파수에 대해 전자 기적으로 차폐 된 것입니다. 그러나 해당 거리에서 필드가 중요한 경우 인덕터는 안테나로 작동 할 수 있습니다.

YT 애니메이션 : 안테나를 둘러싼 필드

왜 1/4 파장인가? 위는 MIT의 소개 E & M 과정에서 나온 MPG 애니메이션입니다. 애니메이션을 신중하게 검사하십시오. AC는 중앙의 작은 코일에 적용되며 닫힌 원형 필드 라인의 얼룩이 EM 파로 날아갑니다. 그러나 코일 위치에 매우 가까운 필드 패턴은 바깥쪽으로 날지 않습니다. 대신 확장하고 무너지는 것입니다. 코일 안테나와 가까운이 필드는 간단한 전자석과 비슷합니다. 코일 전류가 증가함에 따라 커지고 안쪽으로 붕괴전류가 감소 할 때. 그러나 코일에서 멀리 떨어진 곳에서 패턴은 매우 다르게 작동하며 계속 바깥쪽으로 움직입니다. 필드의 동작은 어디에서 변경됩니까? 0.25 파장 거리에서. 1/4 파장 거리에서 필드 라인은 순간적인 모래 시계 모양으로 "목이 좁아지고", 느슨하게 벗겨지고 닫힌 닫힌 원처럼 바깥쪽으로 날아갑니다.

코일의 1/4 파장 거리 내의 공간 부피를 근거리 영역이라고하며 간단한 인덕터의 확장 / 수축 필드 패턴을 나타냅니다. 원거리 지역에서는 원거리 지역에서 이동하는 EM 방사선으로 만 필드가 작동합니다.

더 많은 MIT 애니메이션 은 특히 ​​마지막 애니메이션을 봅니다

1/4 파장 거리에서 필드가 강하다는 것을 보장하는 가장 간단한 방법은 쌍극자 전자석처럼 작동하는 인덕터를 만드는 것입니다. 그러나 자극의 파장이 대략 반파 장인 전자석을 만드십시오. 1/2 파 길이의 페라이트로드를 구입 한 다음이로드를 인덕터 코어로 사용하십시오. 더 간단합니다 : 인덕터를 약 1/4 파 반경의 후프 코일로 감습니다.

1/4 파장 거리에서 필드를 강하게 만드는 또 다른 방법은 매우 작은 인덕터를 사용하지만 인덕터의 전류를 훨씬 더 높은 값으로 올리는 것입니다. 이 경우 아주 작은 코일조차도 많은 EM 방사선을 방출 할 수 있습니다. 그러나 이로 인해 실제 문제가 발생합니다. 작은 코일은 와이어 가열로 인해 비효율적 인 안테나입니다. 대부분의 송신기 와트가 EM 전파를 방출하지 않고 막대한 전류와 안테나 열을 발생시키는 경우 배터리를 소모 시키거나 전기 회사로부터 큰 비용을 청구하게됩니다. 그런 다음 1/4 파장 타워가 필요하지 않습니다. 작은 루프 안테나는 잘 작동하며 1/2 파 직경보다 훨씬 작을 수 있습니다.

휴대용 AM 라디오와 상대적으로 작은 안테나 코일의 경우 코일 전류를 높이기 위해 좀 더 "마법"을 사용합니다. 인덕터를 병렬 LC 공진기의 일부로 사용하는 경우 작은 신호로 구동 될 때마다 공진 LC 루프의 전류는 매우 높은 값으로 증가합니다. 들어오는 EM 파를 흡수하고 코일의 전류가 점차 커집니다. 그것의 성장은 와이어 저항에 의해서만 제한되며 저항이 충분히 낮 으면 EM 방출에 대한 손실에 의해서만 제한됩니다. 공진에서 제로 저항 코일은 인덕터에서 1/4 파장 거리의 전계 강도가 들어오는 EM 파의 전계 강도만큼 커질 때까지 주변 필드를 성장시킬 수 있습니다. 이러한 조건에서 작은 코일은 "전기적으로 큰"동작을합니다. 약 1/2 파장의 EM 흡수기처럼 행동합니다. (550KHz에서 AM 대역의 하단에서 반파 직경은 약 900 피트입니다!)

다른 수신기와 달리 AM 대역 휴대용 라디오에는 두 개의 개별 튜닝 커패시터가 있습니다. 하나는 수퍼 히트 수신기 시스템의 일부인 로컬 발진기 용이고 다른 하나는 페라이트 코어 안테나 코일에 병렬로 연결되어 있습니다. LC 공진은 루프 안테나가 1/4 파장 반경보다 훨씬 작은 경우에만 필요합니다. 기존의 "전기적으로 큰"루프 안테나는이 커패시터가 필요하지 않습니다. 그것들은 이미 동작 파장에 적합한 크기이며, 추가 된 튜닝 커패시터는 상황을 악화시킬뿐입니다.

다음은 전체 문제에 대한 또 다른 내용입니다.

변압기는 루프 안테나 쌍이 아닙니다!

예를 들어 60Hz에서 작동하는 1 인치 폭의 에어 코어 변압기를 사용하십시오. 2 차 코일을 1 차 코일에서 멀리 떨어 뜨릴 때 이들 사이의 유도 연결은 빠르게 0으로 떨어집니다. 이것은 일차 코일을 둘러싼 장 패턴이 쌍극자 자석과 동일하고 쌍극자의 자속 강도가 1 / r ^ 3으로 떨어지기 때문에 발생합니다. 1 차 2 차 거리를 1000 배 증가시키고 2 차 코일의 플럭스는 10 억 배 더 약합니다.

이제 구동 주파수를 증가 시키지만 정전류 신호 발생기를 사용하여 1 차 코일의 전류를 이전과 동일하게 유지하십시오. 처음에는 이상한 일이 발생하지 않습니다. 변압기는 광범위한 주파수에서 동일하게 작동합니다. 그러나 매우 높은 빈도로 갑자기 이상한 새로운 효과가 나타납니다. 순수한 인덕터 인 1 차 코일이 갑자기 내부 저항기를 개발하는 것처럼 보이며 에너지가 손실되기 시작합니다. 그러나 코일이 가열되지 않습니다! 에너지는 어떻게 든 탈출하고 있습니다. 그리고 2 차 코일에 의해 수신되는 플럭스 값이 갑자기 증가하기 시작합니다. 두 코일은 더 이상 변압기가 아닙니다. 그것들은 한 쌍의 라디오 안테나가되었습니다 : 루프 안테나. 멀리있는 커패시터 (별도의 전극 쌍)가 이제 1 차 코일에서 필드를 픽업하기 시작했습니다. 필드 패턴의 강도는 더 이상 1 / r ^ 3으로 떨어지지 않고 대신 광원과 비슷하며 거리가 1 / r ^ 2로 떨어집니다. 이 모든 일이 어떤 빈도로 발생 했습니까? 추측! :)

추신

나는 것을 볼 MIT의 박사 벨처는 유튜브에 그 원래의 MPEG를 이식했다. 다음은 기본 무선 안테나의 세 가지 모습입니다.

• 근거리 : 단순 인덕터, 필드 확장 및 축소
• 중간 : 방사 인덕터, 필드가 느슨하게 벗겨지고 날아 감
• 원거리 : EM 파가 안테나에서 바깥쪽으로 흐릅니다.

그리고 우리는 갑자기 양의 대전 된 공을 음의 공과 갑자기 분리 할 때 일어나는 일이 있습니다.

전통적인 인덕터를 만들 때 누설 인덕턴스 를 최소화하려고합니다 . 그렇게함으로써, 근처의 전선을 뚫을 수있는 자기장을 얻으려고 노력합니다. 토 로이드 인덕터는 특히 자기장을 유지하는 데 능숙합니다.

"누설"부분은 코일에 의해 포획되지 않고 공간으로 방출되는 부분입니다. 이것은 코일에 관한 한 "손실"로 간주됩니다. 안테나를 만들 때 공간으로 방출 되기를 원 하기 때문에이 누출 을 최대화 하려고 합니다.

EMF에서 Reciprocity 라는 조건을 궁금해 할 것 입니다.

가장 단순하고 유용한 안테나 중 하나와 같은 대부분의 안테나는 Electric Dipole 입니다. 시스템은 선형 및 시간 불변이기 때문에 안테나를 사용하여 수신하는 것이 전송과 동일하다는 것을 많은 수학으로 보여줄 수 있습니다. 이것은 안테나 소스를 사용하여 방사선 방정식을 풀고 자유 공간에서 필드를 측정하는 것이 훨씬 쉬워지기 때문에 몇 개의 안테나를 분석 해야하는 데 사용됩니다.

위에서 선형성에 대해 언급했듯이, 자기 코어를 사용하는 안테나는 종종 비선형 동작을 가질 수 있습니다. 이는 종종 허용 가능한 전계 강도 범위에 머무르는 한 문제가되지 않습니다. 안테나는 종종 수신 강도와 관련이 없습니다. 튜닝 네트워크의 개선은 두 경우 모두에서 볼 수있는 개선 사항이지만 케이블로 전송 된 필드에 대해 측정 된 필드를 신뢰하는 것은 반대 경로와 매우 쉽게 일치하지 않습니다.

필드가 실제로 안테나를 떠나는 모습은 어떻습니까? 가장 간단한 것 중 하나 인 전기 쌍극자를 다시 사용하겠습니다.

보낸 사람 : http://en.wikipedia.org/wiki/File:Felder_um_Dipol.jpg

여유 공간에 물결이 있으면 경계없이 전파됩니다. 케이블에 웨이브가 있으면 일반적으로 도체 사이에 묶입니다. 동축 케이블은 제한된 TEM 모드 도파관 의 예입니다 . 안테나 작업은 도파관의 파동을 자유 공간의 임피던스에 일치시키고 결합시키는 것입니다. 전기 쌍극자를 살펴보면 웨이브가이 구조에 연결되어 와이어가 분리됨에 따라 공간에 부드럽게 연결되는 것을 볼 수 있습니다. 즉, 최소한 그것에 대해 생각하는 방법입니다.

나는 또한 내가 이야기하고 예를 보여 주면서 전기 쌍극자라고 말하는 것을 지적했습니다. 고려해야 할 흥미로운 점은 루프 안테나의 작동 방식입니다. 자기 쌍극자는 당신이 본 한 전기 쌍극자와 같은 필드 패턴을 가지고 있지만, 반대로 자기와 그와 함께 전기 필드 라인을 전환합니다. 문제는 커브 자기장이 전기 반 쌍극자만큼 루프가 크지 않으며 그 지점에 도달하는 것은 매우 어렵다는 것입니다.

인덕턴스 Lhenries의 순수 인덕터에서 임피던스 Z = 2 pi FL j는 순전히 복잡하며 일반화 된 옴 법칙 V / I = Z에서 전류와 전압은 위상이 90도이며 전력 전송이 없습니다. 일어날 것이다.

즉, 실제 코일은 순수한 인덕터가 아니라 커패시턴스를 가지므로 일부 주파수에서 자체 공진 할 수도 있습니다.

HF 주파수에서 ARRL 핸드북은 "커패시턴스 모자 (capacitance hat)"또는 상단에 와이어로드 (wire load)가있는 약 0.5 파장의 와이어가 유리 섬유 지지대에 감겨 있으며 절반 파장 쌍극자 또는 1/4 파장 수직이 너무 큰 상황에서 사용 가능한 절충 안테나를 만듭니다 .

나는 약 3.8Mhz 용 안테나를 만들었고, 약 5-6m 길이의 직경으로 약 4cm 직경의 구멍에 뚫린 구멍에 이쑤시개로 붙어 간격 당 약 ~ 1.5cm 간격으로 약 40m의 와이어로 구성되었습니다. 커패시턴스 모자는 길이가 약 2m 인 4 개의 두꺼운 (~ 게이지 8) 와이어입니다. X = 0의 교차점을 달성하기 위해 안테나 분석기와 바닥에 와이어를 약 12 ​​회 정도 더 감아 서 최종 튜닝을 수행했습니다. R은 일반적으로 50 옴이 아니므로 안테나 튜너가 필요합니다. 이 설정은 미국 동부와 중부 및 미국 동부에서 유럽까지 100W SSB만으로 연락 할 수있었습니다. 일반적으로 다른 스테이션에는 우수한 안테나가 있지만 여전히 사용할 수 있습니다.

방출되는 에너지는 어떻게 생겼습니까?

이것은 안테나를 전송하기위한 것입니다. AM 출력은 다음과 같습니다 (파란색).

더 나은 안테나 튜닝, 더 많은 전송 에너지.

더 나은 안테나 튜닝, 적은 반사 에너지.

더 나은 안테나 튜닝, 더 나은 SWR.

더 많은 에너지가 공기로 전달되고 더 많은 에너지가 조정 회로로 전달됩니다!

편집 : 의견에 따라.

좋은 안테나를 만드는 것은 무엇입니까?

수신 또는 전송하려는 신호의 파장과 일치하는 안테나의 길이입니다. 신호가 반사되지 않고 어느 방향 으로든 (tx 또는 rx) 100 % 신호 전력에 근접하고 손실이 적도록 피드 라인도 일치해야합니다.

이상적인 반 파장 다이폴 안테나 의 피드 포인트 임피던스조차도 실제로 부분적으로 유도 적이라는 것을 알게되어 기쁩니다 .