為什么有些無線電天線需要接地,而另一些則不需要?


我目前正在學習無線電的基礎知識,並且注意到某些無線電(例如晶體無線電)具有單極天線,該天線實際上是一根埋在地下的電線。但是,其他收音機,例如坐在我桌上的便攜式收音機,則沒有。天線需要接地嗎?

很抱歉,這個答案很復雜。我嘗試着重於要點。它並不是要對天線進行全面處理。

地面和大地。

如果說“接地”是指物理連接到地球,那么答案顯然不是,否則通信衛星或太空探測器將無法工作。如果“接地”是指電路中的一點,電路中的所有其他電壓均參考(0V),則答案是肯定的。

天線通過發射或接收電磁波來工作。(請參閱Maxwell,Hertz等人)

電磁波-天線類型和形狀:

電磁波可以從它們的電場或磁場 (或兩者)中檢測出來。該波也可以被極化,因此天線也可以針對該極化進行優化。天線的“增益”可以通過使其具有方向性,向其添加額外的元素或使用成形的反射鏡來增加。因此,各種各樣的形狀和尺寸以及簡單古怪的外觀設計可以優化不同波長下的接收(或傳輸)。

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“簡單”的單極子。

垂直天線(通常與晶體一起使用)會檢測電場。這會使天線上的電荷“上下”移動,產生很小但可測量的交流電。當天線的物理尺寸與EM波的波長匹配時,效果最大。(請參見共振效果)不需要將天線連接到任何物體。

這種類型的天線是全向的。

將(弱)信號耦合到接收器需要調諧和阻抗匹配。對於天線,這是通過LC調諧電路(坦克)執行的。調諧電路將放大一個選定的窄頻帶(請參閱Q因子)。可以分接調諧線圈(例如在自動變壓器中),也可以使用單獨的線圈來優化天線上的負載,因為其中有些能量會傳遞到“無線電”電路。消耗過多的能量會抑制響應。保持較高的Q因子可讓您輕松分離各個傳輸。(選擇性)

為了最大程度地發揮這種效果,天線的長度應與信號的波長有關。地面(地球)充當反射表面(不充當返回導體),並且可以使天線的有效長度增加一倍,從而產生偶極天線。此接地平面的效果可以通過使用金屬制成的片材(良導體)或甚至金屬絲得到改善。

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常見的八木陣列(電視天線)證明了這一想法。信號來自折疊偶極子。其他元素是偶極子(水平或垂直極化或兩者兼有)。這些天線充當無源天線,並以相移的方式重新傳輸入射波,從而增加了主接收天線處的信號強度。八木對方向很敏感。

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便攜式收音機。

便攜式收音機中的天線是纏繞在鐵氧體棒上的線圈。(環形天線)並檢測EM波的磁場分量。這種變化的磁場在線圈中感應出電壓。線圈與可變電容器形成調諧電路。第二個“輸出”線圈或初級線圈阻抗上的一個“抽頭”與放大器電路匹配,而沒有加載調諧電路,從而產生了急劇調諧的天線。

環形天線的方向性很強,您可以通過將便攜式收音機旋轉360度來輕松觀察。

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請注意,調諧電路的一端連接到無線電電路其余部分的“地”或0V。您還可以添加第二天線(通常是一段電線或“鞭狀”天線),通常通過一個小電容器將其連接到線圈的“熱”端或鐵氧體條上的一個單獨的線圈。這吸收了信號的電場成分並改善了接收效果。


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哦,所以當您埋入水晶收音機天線的一端時,您是在提供接地層,而不是電流的返回路徑嗎?是否有可能制造帶有全波長天線的“浮動”水晶收音機?
— 斯蒂芬·梅爾文

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@StephenMelvin是的。實際的天線是高於地面的一點,通過調諧電路或拾取線圈將其與地面分開。大多數晶振都針對長波段和中波段,因為它們使用高功率發射器,因此可以從信號中提取足夠的能量來操作耳機。不幸的是,波長也很長(2000m-160m),因此最短的四分之一波長天線約為40m-這是很長的電線,因此大多數天線都比最佳天線短得多。看看  techlib.com/electronics/allband.htm
— JIm Dearden

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您提到有些天線可以檢測出電子分量,而有些天線可以檢測到EM波的電磁分量。我了解到,電磁波的兩個分量彼此正交,這在設計天線時會起作用嗎?似乎電檢測天線通常是線的線性長度,而磁檢測天線則是電感線圈。這些形狀使它們更適合拾取特定零件的原因是什么?(自從我獲得物理學學士學位以來已經有一兩年了,所以如果我似乎缺少明顯的東西,請原諒我的無知。)
— Stephen Melvin

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@StephenMelvin是的,信號是正交的並且異相90度,但是除非波被平面極化,否則電場可能在所有方向上發生變化,因此它們的相應磁場也會在所有方向上發生,因此不可能繪制簡單的圖。電場沿着導線的長度加速電荷(就像它連接到交流電源一樣)-因此,電場可以通過導線,棒等進行檢測。磁性成分利用變壓器效應(請參見法拉第-倫茲定律)感應垂直於磁場的導體中的電壓。(切割導體)。
— 吉姆·迪爾登

 
“為我參加聚會遲到而打擾,但我是不是說不需要理由,但這會改善輻射和接收?
— 史蒂夫

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過去帶有鐵氧體環形天線的便攜式無線電設備-纏繞在鐵氧體磁芯上的線圈。這些天線不需要接地,但是線圈是定向的,因此您可能必須將無線電指向某個方向才能接收到良好的信號。

八木(波束)天線也不需要接地,但是簡單的長線天線(對於您的晶體)確實需要接地。

這完全取決於天線的設計。

 

 

 

天線是不能接地的,一旦天線接地,就沒有了電勢差,就無法再使用電線接收到無線電的信號了。

天線的概念是一個諧振回路的展開。天線和地線構成電容器的兩端,天線端接線圈上端,地線接下段,與諧振線圈構成並聯(或串)諧振回路,這樣才能使天線成功接收到信號。

工作原理

當導體上通以高頻電流時,在其周圍空間會產生電場 與磁場。按電磁場在空間的分布特性,可分為近區,中間區, 遠區。設R為空間一點距導體的距離,在時的區域稱近區,在該區內的電磁場與導體中電流,電壓有緊密的聯系。

在 的區域稱為遠區,在該區域內電磁場能離開導體向空間傳播,它的變化相對於導體上的電流電壓就要滯后一段時間,此時傳播出去的電磁波已不與導線上的電流、電壓有直接的聯系了,這區域的電磁場稱為輻射場。

必須指出,當導線的長度 L 遠小於波長 λ 時,輻射很微弱;導線的長度 L增大到可與波長相比擬時,導線上的電流將大大增加,因而就能形成較強的輻射。

發射天線正是利用輻射場的這種性質,使傳送的信號經過發射天線后能夠充分地向空間輻射。如何使導體成為一個有效輻射體導系統呢?這里我們先分析一下傳輸線上的情況,在平行雙線的傳輸線上為了使只有能量的傳輸而沒有輻射,必須保證兩線結構對稱,

線上對應點電流大小和方向相反,且兩線間的距離<π。要使電磁場能有效地輻射出去,就必須破壞傳輸線的這種對稱性,如采用把二導體成一定的角度分開,或是將其中一邊去掉等方法,都能使導體對稱性破壞而產生輻射。

樓主都對地線模糊。天線的概念是一個諧振回路的展開。天線和地線構成電容器的兩端,天線端接線圈上端,地線接下段,與諧振線圈構成並聯(或串)諧振回路。
手機由於工作的頻率非常高,地線是通過人體等效為接地地線。這是高頻的分布參數確定的。你的最后一句話:”我覺得可以用一個線圈來接信號,線圈上下端充當天線和地線啊 “非常正確的

 


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