为什么有些无线电天线需要接地路径而有些则不需要?

电器工程 收音机 天线 火腿电台
2022-02-02 03:46:22

我目前正在学习无线电的基础知识,并注意到一些无线电,如水晶无线电,有一个单极天线,本质上是一根埋在地下的电线。但是,其他收音机,例如放在我桌子上的便携式收音机,则没有。天线需要接地吗?

2个回答

为冗长的答案道歉 - 这是一个复杂的主题。我试着把注意力集中在要点上。它并不是对天线的综合处理。

地面和地球。

如果“地面”是指与地球物理连接,那么答案显然是否定的,否则通信卫星或太空探测器将无法工作。如果“接地”是指电路中的一个点,电路中的所有其他电压都以(0V)为参考,那么答案是肯定的。

天线通过发射或接收电磁波来工作。(参见 Maxwell、Hertz 等人)

EM 波 - 天线类型和形状:

电磁波可以从它们的电场磁场 (或两者)中检测到。也可以被极化,因此天线也可以针对这种极化进行优化。天线的“增益”可以通过使其具有方向性、添加额外元素或使用成形反射器来增加。因此,各种各样的形状和尺寸以及外观古怪的设计可以优化不同波长的接收(或传输)。

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“简单”的单极子。

垂直天线(通常与晶体组一起使用的天线)检测电场。这会在天线上“上下”移动电荷,从而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。(见共振效应)它不需要天线连接到任何东西

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(见 Q 因子)。调谐线圈可以被抽头(如在自动变压器中),或者可以使用单独的线圈来优化天线上的负载,因为一些能量被转移到“无线电”电路。消耗过多的能量会抑制反应。保持较高的 Q 因子可以让您轻松分离各个传输。(选择性)

为了使这种效果最大化,天线的长度应该与信号的波长相关。大地(大地)充当反射表面(而不是返回导体),可以使天线的有效长度加倍,从而产生偶极天线。这种接地层效应可以通过使用金属片(良导体)甚至电线来改善。

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常见的八木阵列(电视天线)展示了这个想法。信号取自折叠偶极子。其他元素是偶极子(水平或垂直极化或两者兼有)。它们充当无源天线并通过相移重新传输传入波,从而增加主接收天线的信号强度。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拾音器是一个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会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“抽头”与放大器电路匹配,而无需加载调谐电路,从而产生一个急剧调谐的天线。

环形天线具有很强的方向性,您可以通过将便携式收音机旋转 360 度轻松观察到。

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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。您还可以添加第二个天线(一段电线或“鞭状”天线),通常通过一个小电容器连接到线圈的“热”端,或者可能是铁氧体棒上的一个单独线圈。这会引入信号的电场分量并改善接收。

便携式收音机曾经有铁氧体环形天线——一个绕在铁氧体磁芯上的线圈。这些天线不需要接地,但线圈是定向的,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(光束)天线也不需要接地,但简单的长线天线(对于您的水晶套装)确实需要接地。

这完全取决于天线的设计。