Theremin“天线”如何工作?

电器工程 天线 电磁学 电容
2022-01-07 14:28:44

我一直认为天线的形状很重要。一个垂直的单极音高和一个水平的音量环,认为这可以最大限度地减少它们之间的干扰。但似乎它们实际上在 200-500 kHz 的范围内运行得更多。在这些频率下,一个好的天线将有数百米长,并且为每个天线使用不同的频率足以防止干扰。

另一方面,Moog Etherwave 原理图有一堆与天线串联的线圈,这可能是电延长

我读过的大多数描述都解释说,只是人类对地的电容会使振荡器失谐,所以任何形状的金属都可以,因为它只是充当电容器板。

在此处输入图像描述

但是,此页面描述了一些不同的东西,我不明白:

超过 4 英寸 (10cm) 的 RF 外差 theremin 间距变化是由“辐射电阻”的变化引起的。这是从俯仰天线辐射的总射频电磁功率除以流入俯仰天线的净电流​​的平方。俯仰场是双电/磁平衡,而不仅仅是通常所说的电容场。

这里有更多解释

它是否正确?电容解释有什么问题?

更多的:

http://www.thereminworld.com/silicon_chip_theremin_modifications.html

使音高灵敏度线性化——我发现高八度被压缩很多,而且我想演奏的最高音符离天线如此之近,以至于不可能实现准确的颤音。使响应线性化的一种方法是将电感器与天线串联。

http://www.dogstar.dantimax.dk/theremin/thersens.htm

这种效应被 LC 调谐电路的特性部分抵消,其频率取决于电容的平方根倒数。我相信,这就是为什么基于单极(只有一个电抗元件,即电容)的振荡器从未在其应用中占有一席之地的主要原因。我,可能还有很多其他人,已经尝试过使用 RC 振荡器来摆脱那些讨厌的线圈。甚至普通的NE555定时器也可以用于此目的。然而,在此类电路中,振荡频率与电容成反比,而不是与电容的平方根成反比,“平方律”效应相应要差很多。另一种看待这个问题的方式是,RC 电路的灵敏度 (dF/dC) 与 1/C2 成正比,而不是 LC 电路中的 1/C1.5。

3个回答

Theremins 使用外差混频器的事实与射频无关。“天线”不是经典射频意义上的天线。电容的解释是正确的。

电容器和Theremin“天线”

最简单的电容器类型是平行板电容器这意味着电容器由两个金属板组成,这些金属板被称为电介质的某种材料隔开。这种电容器的电容方程为 C=εA/d,其中 ε 是电介质的介电常数(对于空气,ε≈8.8541878176..×10^-12 F/m)。

当您操作特雷门时,您的手是一块板(您的手有效接地),天线是另一块,两者之间的空气是电介质。当你移动你的手时,你会改变接地和天线之间的电容。双手会影响两个天线,因为它们就像两个平行的板,增加了总面积。

两个天线成直角,因为这样可以减少左手对右天线的影响,反之亦然。例如,当您在音量天线上方上下移动手时,它与俯仰天线保持相对恒定的距离,因此它对整体电容的贡献是恒定的(并且很小)。

操作理论

注意/更新:有关振荡器的更详细说明,请参阅FredM 的回答

两个天线电容器都是两个不同的复杂有源 LC 振荡器的一部分。“L”是指电感器,它在磁场中储存能量;“C”指的是电容器,它在电场中储存能量。在 LC 振荡器中,能量在两者之间不断地来回流动,从电势变为磁势。

音高振荡器的频率超出音频频率,因此不能直接使用。Theremin 具有以固定频率运行的第三个振荡器。音高振荡器和固定振荡器的输出被馈送到外差混频器,产生包括两个输入的和频和差频的输出。和频率甚至高于原始信号,因此它是无用的,被过滤掉了。产生的信号是音频范围内的单一频率(加上谐波)。

音量振荡器的频率用于控制音频信号的放大程度。当您移动您的手时,频率会发生变化,因此放大器的增益会发生变化,从而输出音量也会发生变化。

存在一些混淆,因为有两种常见的拓扑结构,然而,在这两种情况下,距离感测机制都是纯电容的(电气/静电,在任何显着程度上都不是磁性或电磁)

两种主要拓扑结构是 (a) LC 谐振振荡器,其串联 L 连接到天线,形成串联谐振电路。天线 L 比坦克 L 大得多,而坦克 C 比天线 C 大得多。天线 C 的变化通过 LC 谐振以一种导致这些变化的方式“转换”(由于各自的调谐天线和储能工作频率)转化为“虚拟”可变电感,在储能电感上看到 - 因此,当天线谐振器响应电容变化时,储能(振荡器)频率由可变电感控制 - 两者相互作用其他以复杂的方式改善音乐线性度。

(b) 另一种常见的(劣等)拓扑是槽路电容器直接与天线电容并联,振荡器频率是一个简单的 LC 函数,并且非常非线性。

拓扑 (a) 的示例都是由 Lev Termen 设计的 theremins,所有由 Bob Moog 设计的 theremins。类型 (b) 的示例包括 Jaycar / Silicon 芯片 Theremins 和大多数在 WWW 上发现的简单垃圾。

还有其他不太常见的拓扑......

顺便说一句,本页顶部的“示意图”是最糟糕的“b”型拓扑

虽然我认为第一种解释是“简单”的解释,但我认为第二种解释很有意义。正如@Kortuk 在他的评论中所说,您正在天线的“近场”区域工作。如果您基于标准远场天线辐射模式进行计算,则该区域的行为与您所期望的不太一样。

在近场中,有反应近场和电阻近场。反应性近场是 E 和 H 场不断建立和崩溃的地方,没有能量离开天线,它只是在两种不同的场类型之间交替。通过将手靠近天线,您实际上是在窃取这些领域中的一些能量。

我认为一个很好的比较是一对具有一些互感的电感器。第二个电感的互感使测得的电感在第一个上发生变化。天线也是如此。通过将您的手靠近天线,您可以从该区域中交替的 E 和 H 场中取出一些功率,从而改变 LC 谐振电路看到的电感/电容量,并使振荡器。

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