Antennitekniikka

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Tasa- ja vaihtosähköpiirien laskeminen sekä hahmottaminen on kohtalaisen helppoa, mutta jostain syystä anttennitekniikka tuottaa vaikeuksia. Onko kenelläkään mitään hyvää "rautalankamallia" antennitekniikan havainnollistamiseksi?

Kommentit (12)

Vierailija

Haluaisin tietää mitä ihan oikeasti tapahtuu, kun signaali lähetetään. On aika hämmästyttävää katsoa kuvia esim. puoliaaltodipolin jännite /virta - jakautumasta. Jos olen oikein ymmärtänyt niin sillä tarkoitetaan sitä miten suuri signaalin amplitudi on missäkin kohdassa antennia? Miten virtamaksimi voi olla antennin päässä? Mihin se virta siitä sitten menee?

o_turunen
Seuraa 
Viestejä10607
Liittynyt16.3.2005

Virtamaksimin sijainti johtimen päässä tuntuu erittäin epätodennäköiseltä.
Ehkä helpointa on lähestyä tilannetta niinkuin se tehtiin SOLAS 1948 (jollen ihan väärin muista): Radioaseman antennijohtimessa kulkevasta virrasta johdetaan virran aiheuttama magneettikenttä, ja siitä edelleen etäisyys, jolla radiosignaali on kuultavissa. Laivan pituus ja lähettimen teho olivat ainoat rajoittavat tekijät. Tuo nyt koskee lähinnä laivojen pitkäaaltoradioasemia, muttei ole ihan huono kriteerio. Jos on käytettävissä riittävästi tilaa, niin voidaan käyttää pienempääkin tilaa, kuten ilma-aluksissa on tapana.
Nojoo joka tapauksessa antennissa kulkeva virta riippuu antennin mitosta, eli kapasitanssista ja induktanssista.

Korant: Oikea fysiikka on oikeampaa kuin sinun klassinen mekaniikkasi.
Korant: Jos olet eri mieltä kanssani olet ilman muuta väärässä.

o_turunen
Seuraa 
Viestejä10607
Liittynyt16.3.2005

Joo ja vielä: antennijohtimen päässä ei ole virtamaksimia, vaan jännitemaksimi. Sopivasti rakennetussa dipoliantennissa saattaa jopa olla sellainen virta- ja jännitekuvio, kuin oppikirjassa esitetään, eli virtamaksimi syöttöpisteessä ja jännitemaksimi antennin päissä. Saattaa antennissa olla useitakin virta- ja jännitemaksimeita, eli langassa kulkee seisova aalto (miten muuten seisova aalto kulkee?) tai sitten kulkuaaltoantennissa ei ole minkäänlaisia minimeitä tai maksimeita, energia vain katoaa avaruuteen hissunkissun.

Korant: Oikea fysiikka on oikeampaa kuin sinun klassinen mekaniikkasi.
Korant: Jos olet eri mieltä kanssani olet ilman muuta väärässä.

Vierailija

Tein pienen koosteen siitä, miten oppikirjat esittävät dipoliantennin kentän: http://www.freewebs.com/kh7973/kooste1.doc
1. Alkuperäinen kysymys on, että miten kenttä voitaisiin hahmottaa 3-ulotteisesti. Siis visualisoimaan jotenkin. Jotkut ovat esittäneet, että kenttä näyttää autonrenkaalta tai munkkirinkilältä, mutta antennin polarisaatiokin vaikuttaa kaiketi jotain asiaan?

2. Jotta antenni saataisiin säteilemään on virtamaksimin oltava antennin keskellä. Mitä siinä kohdassa antennia tapahtuu? Mikä on se vaikutus"hiukkanen", joka antennista lähtee?

Vierailija
P. Salaoja
Tein pienen koosteen siitä, miten oppikirjat esittävät dipoliantennin kentän: http://www.freewebs.com/kh7973/kooste1.doc
1. Alkuperäinen kysymys on, että miten kenttä voitaisiin hahmottaa 3-ulotteisesti. Siis visualisoimaan jotenkin. Jotkut ovat esittäneet, että kenttä näyttää autonrenkaalta tai munkkirinkilältä, mutta antennin polarisaatiokin vaikuttaa kaiketi jotain asiaan?



Munkkirinkilä on aika hyvä mielikuva dipoli-antennin säteilykuviosta. Rinkilän symmetria-akseli siis yhtyy antennin akselin kanssa. Sähkökentän suunta, siis polarisaatio riippuu vain antennin asennosta. Jos antenni asetetaan vertikaalisesti, saadaan vertikaalisesti polarisoitunut kenttä, ja myös "munkkirinkilän" akseli on vertikaalinen. Jos taas antenni asetetaan horisontaalisesti, on myös polarisaatio ja rinkilän akseli vaakatasossa.


2. Jotta antenni saataisiin säteilemään on virtamaksimin oltava antennin keskellä. Mitä siinä kohdassa antennia tapahtuu? Mikä on se vaikutus"hiukkanen", joka antennista lähtee?

En nyt ihan ymmärtänyt tuota virtakysymystä, mutta vaikutushiukkanen on fotoni.

Vierailija

Jos katsot sivustoani niin siellä on kuva virta/jännitejakautumasta dipoliantennissa ( kuva 2 ). Säteilevä kenttä noudattaa ilmeisetikin virran amplitudijakautumaa antennissa.

Tämä antennitekniikka vaikuttaa muutenkin perin kummalliselta. Pitäisikö tätä problematiikkaa lähestyä jotenkin energian siirtymisen kautta. Nämä virta/jännitekuvat tässä yhteydessä tuntuvat aika hankalilta.

o_turunen
Seuraa 
Viestejä10607
Liittynyt16.3.2005

Radioantennitekniikassa polarisaation suunnalla tavallisesti tarkoitetaan sähkökentän suuntaa. Kaukokentässä sähkö- ja magneettikenttä ovat kohtisuorassa toisiaan vastaan. Dipoliantennissa sähkökenttä vaikuttaa langan suunnassa, eli jos lanka on vaakasuorassa, niin lähete on vaakapolarisoitu. Jos kyseessä on pystydipoli- tai piiska, niin kyseessä on pystypolarisaatio.
Jos dipoliantennin tuottamaa munkkirinkilän muotoista säteilykuviota tarkastellaan, niin dipoliantenni on tuon rinkilän akselilla, ja tuloksen voi päätellä ihan peruskoulun fysiikalla. Magneettikenttä kiertää virrallista dipolia, eli magneettikenttä on "pitkittäin" rinkilän pinnalla, ja sähkökenttä on jännitteisen dipolin suuntainen, eli rinkilän pinnalla "poikittain".

Muoks.
Antennin säteilemä tehotiheys määritellään
S = E X H, missä E on sähkökentän voimakkuus, H magneettikentän voimakkuus ja S Teho/pintayksikkö. Kaukokentässä nuo ovat kaikki kohtisuorassa toisiaan vastaan.
Tuosta voisi päätellä noin kuvaannollisesti, että pelkkä jännite tai virta ei riitä tehon kehittämiseen, ja energiaa säteilee, kun on paikalla sekä jännite että virta. Erittäin lyhyt sähködipoli tai pienialainen magneettidipoli säteilevät huonosti, vaikka jännite tai virta olisivatkin suuret.

Korant: Oikea fysiikka on oikeampaa kuin sinun klassinen mekaniikkasi.
Korant: Jos olet eri mieltä kanssani olet ilman muuta väärässä.

Vierailija

o turunen: Radioantennitekniikassa polarisaation suunnalla tavallisesti tarkoitetaan sähkökentän suuntaa. Kaukokentässä sähkö- ja magneettikenttä ovat kohtisuorassa toisiaan vastaan. Dipoliantennissa sähkökenttä vaikuttaa langan suunnassa, eli jos lanka on vaakasuorassa, niin lähete on vaakapolarisoitu. Jos kyseessä on pystydipoli- tai piiska, niin kyseessä on pystypolarisaatio.
Jos dipoliantennin tuottamaa munkkirinkilän muotoista säteilykuviota tarkastellaan, niin dipoliantenni on tuon rinkilän akselilla, ja tuloksen voi päätellä ihan peruskoulun fysiikalla. Magneettikenttä kiertää virrallista dipolia, eli magneettikenttä on "pitkittäin" rinkilän pinnalla, ja sähkökenttä on jännitteisen dipolin suuntainen, eli rinkilän pinnalla "poikittain".

P. Salaoja:

Alkeissa esitetään peruslähtökohdaksi kondensaattorin sisällä vaikuttava sähkökenttä. Itse antenni kuvataan kondensaattorin toiseksi "levyksi" ja maa-taso toiseksi. Näiden levyjen välillä vaikuttaa sähkökenttä. Jos tällainen antenni nostetaan pystyyn tulee siitä ns. piiska-antenni. Tällöin kenttä muodostuisi ehkä 1/2- renkaista, jotka avautuisivat yläviistoon. ( maan alle kenttä ei kaiketi oikein hyvin "siirry", siksi 1/2 ). Olenko hahmottanut oikein?

Oppikirjojen tyylikäs antennin sähkökenttä ( täydellinen symmetria keskipisteen suhteen ) ei minun mielestäni ole ihan oikeanlainen, jos sähkökentän toisena "levynä" on maa-taso. Eräässä kirjassa kenttä on kuvattu päästäsyötetyn antennin tapauksessa samanlaiseksi kuin keskeltäsyötetyn. Kts. http://www.freewebs.com/kh7973/kooste1.doc
Kuva 2b. Ei kai niin voi olla?

o_turunen
Seuraa 
Viestejä10607
Liittynyt16.3.2005

Lainaus:
Oppikirjojen tyylikäs antennin sähkökenttä ( täydellinen symmetria keskipisteen suhteen ) ei minun mielestäni ole ihan oikeanlainen, jos sähkökentän toisena "levynä" on maa-taso.

Dipolin keskipisteen kautta voidaan asettaa johtava taso, joka on kohtisuorassa dipolin akselin kanssa, eikä tuo taso vaikuta kenttäkuvaan millään lailla. Sähkökenttä siinä ikäänkuin katkeaa, mutta jatkuu tason molemmilla puolilla häiriintymättömänä. Magneettikenttä ei maatasoon indusoi virtoja, kun vuo ei leikkaa tasoa. Tuosta voidaan päätellä, että piiskat maatason ylä- ja alapuolella säteilevät kumpaankin puoliavaruuteen aivan kuten dipoliantenni. Tietenkään yläpuolen piiska ei säteile tason alapuolelle, mutta onko se välttämätöntä. Koska dipoli on tuossa katkaistu puoliksi, niin piiskan impedanssi syöttöpisteessä on puolet kokonaisen dipolin impedanssista. Maatasossa kulkee säteittäinen virta, joten se ei symmetriasyistä säteile, vaan näyttää peililtä ikäänkuin tason alapuolella olisi peilikuvapiiska.
Reaalimaailman piiskat ovat asia erikseen: maatason koko on rajoitettu, ja johtavuuskin kyseenalainen. Tällöin säteilyn intensiteetti vaakatasossa on enemmän tai vähemmän vaimentunut. Tämän vuoksi maatason muodostavat viikset usein säädetään alaviistoon, tai maa"taso" tehdään kartionmuotoiseksi.

Korant: Oikea fysiikka on oikeampaa kuin sinun klassinen mekaniikkasi.
Korant: Jos olet eri mieltä kanssani olet ilman muuta väärässä.

Vierailija

Kiitos vastauksestsi o. turunen. Edelleen olen kuitenkin sitä mieltä, että oppikirjoissa on tässä kohdassa virhe. Sähkökentän muoto ei voi olla riippumaton siitä syötetäänkö signaali antennin keskeltä tai sen päästä.

Keskeltäsyötetyn antennin signaalin syöttöpiirin tulee olla symmetrinen, esim. muuntajan toisiopiiri ( maasta erotettu ).

Päästäsyötetty antenni ( epäsymmetrinen syöttö ), jossa toinen polaari on maataso, tuottaa mielestäni edelliseen nähden aivan erilaisen kenttäkuvan.

o_turunen
Seuraa 
Viestejä10607
Liittynyt16.3.2005

Kuvittele tilannetta, jossa dipoli on muodostettu piiskasta ja putkesta, jonka läpi teho tuodaan koaksiaalikaapelilla. Kaapelin vaippa yhdistetään syöttöpisteessä putkielektrodiin, ja keskijohdin piiskaan. Piiskan kannalta tilanne on aivan sama kuin dipolissa, jossa on symmetrinen syöttö. Putkielektrdin läpi kulkeva kaapeli ei vaikuta tilanteeseen mitenkään, kun dipoli ei kerran säteile päittensä suuntaan, eli kenttä siellä on nolla. Tuossa ei tarvita muuntajaa, ja syöttö on taatusti epäsymmetrinen, kun se tapahtuu koaksiaalikaapelilla. Kenttä vain sattuu olemaan aivan samanlainen kuin muillakin dipoleilla. "Pikadipoli" tehdään kuorimalla koaksiaalikaapelin päästä eriste neljännesaallon matkalta ja vetämällä vaippa nurinpäin eristeen päälle.
Edelleen olen sitä mieltä, että ideaalisen maatason alapuolella olevia kenttiä ei voi maatason yläpuolelta havaita. Maataso toimii peilinä, joka kuvaa tason yläpuoliset tapahtumat aivan niinkuin ne tapahtuisivat tason alapuolella. Kokeile vaikka: homma toimii sähkömagneettisella säteilyllä taajuudesta riippumatta, eli kiinnitä vaikkapa tulitikku pystyyn peiliin ja kiertele peiliä. Näyttää siltä, että tulitikkupiiska muodostaakin kahdesta tikusta tehdyn dipolin.

Korant: Oikea fysiikka on oikeampaa kuin sinun klassinen mekaniikkasi.
Korant: Jos olet eri mieltä kanssani olet ilman muuta väärässä.

Uusimmat

Suosituimmat