为什么有些无线电天线需要接地,而另一些则不需要?


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我目前正在学习无线电的基础知识,并且注意到某些无线电(例如晶体无线电)具有单极天线,该天线实际上是一根埋在地下的电线。但是,其他收音机,例如坐在我桌上的便携式收音机,则没有。天线需要接地吗?

Answers:


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很抱歉,这个答案很复杂。我尝试着重于要点。它并不是要对天线进行全面处理。

地面和大地。

如果说“接地”是指物理连接到地球,那么答案显然不是,否则通信卫星或太空探测器将无法工作。如果“接地”是指电路中的一点,电路中的所有其他电压均参考(0V),则答案是肯定的。

天线通过发射或接收电磁波来工作。(请参阅Maxwell,Hertz等人)

电磁波-天线类型和形状:

电磁波可以从它们的电场磁场 (或两者)中检测出来。该波也可以被极化,因此天线也可以针对该极化进行优化。天线的“增益”可以通过使其具有方向性,向其添加额外的元素或使用成形的反射镜来增加。因此,各种各样的形状和尺寸以及简单古怪的外观设计可以优化不同波长下的接收(或传输)。

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“简单”的单极子。

垂直天线(通常与晶体一起使用)会检测电场。这会使天线上的电荷“上下”移动,产生很小但可测量的交流电。当天线的物理尺寸与EM波的波长匹配时,效果最大。(请参见共振效果)不需要将天线连接到任何物体

这种类型的天线是全向的。

将(弱)信号耦合到接收器需要调谐和阻抗匹配。对于天线,这是通过LC调谐电路(坦克)执行的。调谐电路将放大一个选定的窄频带(请参阅Q因子)。可以分接调谐线圈(例如在自动变压器中),也可以使用单独的线圈来优化天线上的负载,因为其中有些能量会传递到“无线电”电路。消耗过多的能量会抑制响应。保持较高的Q因子可让您轻松分离各个传输。(选择性)

为了最大程度地发挥这种效果,天线的长度应与信号的波长有关。地面(地球)充当反射表面(不充当返回导体),并且可以使天线的有效长度增加一倍,从而产生偶极天线。此接地平面的效果可以通过使用金属制成的片材(良导体)或甚至金属丝得到改善。

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常见的八木阵列(电视天线)证明了这一想法。信号来自折叠偶极子。其他元素是偶极子(水平或垂直极化或两者兼有)。这些天线充当无源天线,并以相移的方式重新传输入射波,从而增加了主接收天线处的信号强度。八木对方向很敏感。

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便携式收音机。

便携式收音机中的天线是缠绕在铁氧体棒上的线圈。(环形天线)并检测EM波的磁场分量。这种变化的磁场在线圈中感应出电压。线圈与可变电容器形成调谐电路。第二个“输出”线圈或初级线圈阻抗上的一个“抽头”与放大器电路匹配,而没有加载调谐电路,从而产生了急剧调谐的天线。

环形天线的方向性很强,您可以通过将便携式收音机旋转360度来轻松观察。

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请注意,调谐电路的一端连接到无线电电路其余部分的“地”或0V。您还可以添加第二天线(通常是一段电线或“鞭状”天线),通常通过一个小电容器将其连接到线圈的“热”端或铁氧体条上的一个单独的线圈。这吸收了信号的电场成分并改善了接收效果。


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哦,所以当您埋入水晶收音机天线的一端时,您是在提供接地层,而不是电流的返回路径吗?是否有可能制造带有全波长天线的“浮动”水晶收音机?
斯蒂芬·梅尔文

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@StephenMelvin是的。实际的天线是高于地面的一点,通过调谐电路或拾取线圈将其与地面分开。大多数晶振都针对长波段和中波段,因为它们使用高功率发射器,因此可以从信号中提取足够的能量来操作耳机。不幸的是,波长也很长(2000m-160m),因此最短的四分之一波长天线约为40m-这是很长的电线,因此大多数天线都比最佳天线短得多。看看 techlib.com/electronics/allband.htm
JIm Dearden

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您提到有些天线可以检测出电子分量,而有些天线可以检测到EM波的电磁分量。我了解到,电磁波的两个分量彼此正交,这在设计天线时会起作用吗?似乎电检测天线通常是线的线性长度,而磁检测天线则是电感线圈。这些形状使它们更适合拾取特定零件的原因是什么?(自从我获得物理学学士学位以来已经有一两年了,所以如果我似乎缺少明显的东西,请原谅我的无知。)
Stephen Melvin

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@StephenMelvin是的,信号是正交的并且异相90度,但是除非波被平面极化,否则电场可能在所有方向上发生变化,因此它们的相应磁场也会在所有方向上发生,因此不可能绘制简单的图。电场沿着导线的长度加速电荷(就像它连接到交流电源一样)-因此,电场可以通过导线,棒等进行检测。磁性成分利用变压器效应(请参见法拉第-伦兹定律)感应垂直于磁场的导体中的电压。(切割导体)。
吉姆·迪尔登

“为我参加聚会迟到而打扰,但我是不是说不需要理由,但这会改善辐射和接收?
史蒂夫

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过去带有铁氧体环形天线的便携式无线电设备-缠绕在铁氧体磁芯上的线圈。这些天线不需要接地,但是线圈是定向的,因此您可能必须将无线电指向某个方向才能接收到良好的信号。

八木(波束)天线也不需要接地,但是简单的长线天线(对于您的晶体)确实需要接地。

这完全取决于天线的设计。


为什么八木天线不需要接地?
斯蒂芬·梅尔文

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这或多或少地重复了问题而不是回答它。
无条件
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