Actualmente estoy aprendiendo los conceptos básicos de la radio y he notado que algunas radios, como las radios de cristal, tienen una antena monopolo que es esencialmente un cable enterrado en el suelo. Sin embargo, otras radios, como la portátil que se encuentra en mi escritorio, no lo hacen. ¿Las antenas necesitan estar conectadas a tierra?
¿Por qué algunas antenas de radio requieren un camino a tierra y otras no?
Respuestas:
Disculpas por la larga respuesta: es un tema complicado. He tratado de centrarme en los puntos principales. No pretende ser un tratamiento integral de antenas.
Tierra y tierra.
Si por 'tierra' te refieres a estar físicamente conectado a la Tierra, entonces la respuesta es claramente no, de lo contrario los satélites de comunicaciones o las sondas espaciales no funcionarían. Si por "tierra" quiere decir un punto en el circuito al que se hace referencia a todos los otros voltajes en un circuito (0V), entonces la respuesta es sí.
Las antenas funcionan transmitiendo o recibiendo una onda electromagnética. (Ver Maxwell, Hertz, et al.)
La onda EM - tipos y formas aéreas:
Las ondas EM se pueden detectar desde su campo eléctrico o su campo magnético (o ambos). La ola también se puede polarizar para que las antenas también se puedan optimizar para esta polarización. La 'ganancia' de una antena se puede aumentar al hacerla direccional, agregarle elementos adicionales o usar reflectores con forma. De ahí la gran variedad de formas y tamaños y los diseños simples para optimizar la recepción (o transmisión) a diferentes longitudes de onda.
El monopolo 'simple'.
Una antena vertical (la que se usa comúnmente con un conjunto de cristal) detecta el campo eléctrico. Esto mueve la carga 'arriba y abajo' de la antena produciendo una corriente alterna pequeña pero medible. El efecto es mayor cuando las dimensiones físicas de la antena coinciden con la longitud de onda de la onda EM. (ver efectos de resonancia) No requiere que la antena esté conectada a nada .
Este tipo de antena es omnidireccional.
El acoplamiento de la señal (débil) al receptor requiere sintonización y adaptación de impedancia. Para una antena, esto se realiza con el circuito sintonizado LC (Tanque). El circuito sintonizado ampliará una banda de frecuencia estrecha seleccionada (ver factor Q). La bobina de sintonización se puede aprovechar (como en un transformador automático) o se puede usar una bobina separada para optimizar la carga en la antena a medida que parte de la energía se transfiere al circuito de 'radio'. Tomar demasiada energía amortiguaría la respuesta. Mantener un alto factor Q le permite separar fácilmente las transmisiones individuales. (Selectividad)
Para maximizar este efecto, la longitud de la antena debe estar relacionada con la longitud de onda de la señal. El suelo (tierra) actúa como una superficie reflectante ( no como un conductor de retorno ) y puede duplicar la longitud efectiva de la antena, produciendo una antena dipolo. Este efecto de plano de tierra se puede mejorar utilizando una lámina de metal (buen conductor) o incluso un cable.
El conjunto común de yagi (antena de TV) demuestra esta idea. La señal se toma de un dipolo doblado. Los otros elementos son dipolos (polarizados horizontal o verticalmente o ambos). Estos actúan como antenas pasivas y retransmiten la onda entrante con un cambio de fase para que aumente la intensidad de la señal en la antena receptora principal. El yagi es sensible a la dirección.
Radios Portátiles.
La captación aérea en una radio portátil es una bobina envuelta alrededor de una barra de ferrita. (una antena de bucle) y detecta el componente del campo magnético de la onda EM. Este campo magnético cambiante induce un voltaje en la bobina. La bobina forma un circuito sintonizado con un condensador variable. Una segunda bobina de 'salida' o quizás una 'toma' en la impedancia de la bobina primaria coincide con el circuito amplificador sin cargar el circuito sintonizado, produciendo una antena muy afinada.
Las antenas de bucle son muy direccionales, ya que podrá observar fácilmente girando la radio portátil 360 grados.
Tenga en cuenta que un extremo del circuito sintonizado está conectado a la 'tierra' o 0V del resto del circuito de radio. También puede agregar una segunda antena (una longitud de cable o antena 'látigo') generalmente conectada por un pequeño condensador al extremo 'caliente' de la bobina o tal vez una bobina separada en la barra de ferrita. Esto atrae el componente de campo eléctrico de la señal y mejora la recepción.
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Oh, entonces cuando entierras un extremo de la antena de una radio de cristal, ¿estás proporcionando un plano de tierra, no un camino de retorno para la corriente? ¿Sería posible hacer una radio de cristal "flotante" con una antena de longitud de onda completa?
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Stephen Melvin
@StephenMelvin Sí. La antena real es el bit por encima del suelo que se separa del suelo a través del circuito sintonizado o la bobina. La mayoría de los conjuntos de cristal están destinados a las bandas de onda larga y media porque usan transmisores de alta potencia para que se pueda extraer suficiente energía de la señal para operar los auriculares. Desafortunadamente, las longitudes de onda también son muy largas (2000m - 160m), por lo que la antena de longitud de onda de un cuarto más corta sería de aproximadamente 40m, que es un cable muy largo, por lo que la mayoría de las antenas son mucho más cortas que las óptimas. Mire techlib.com/electronics/allband.htm
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JIm Dearden
Usted mencionó que algunas antenas detectan la compensación eléctrica, mientras que algunas antenas detectan la compensación magnética de una onda EM. Entiendo que los dos componentes de la onda EM son ortogonales entre sí, ¿eso entra en juego al diseñar una antena? Parece que las antenas de detección eléctrica son a menudo longitudes lineales de cable, mientras que las antenas de detección magnética son bobinas inductoras. ¿Qué tienen estas formas que las hace más adecuadas para elegir un determinado componente? (Han pasado uno o dos años desde que obtuve mi licenciatura en Física, así que disculpe mi ignorancia si parece que me falta algo obvio)
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Stephen Melvin
@StephenMelvin Sí, las señales son ortogonales y 90 grados fuera de fase, pero a menos que la onda esté polarizada en el plano, el campo eléctrico podría estar en todas las direcciones y, por lo tanto, serían sus campos magnéticos correspondientes, por lo que es imposible dibujar un diagrama simple. El campo eléctrico acelera la carga a lo largo de un cable (como si estuviera conectado a una fuente de CA); por lo tanto, los campos eléctricos son detectados por cables, barras, etc. El componente magnético utiliza el efecto transformador (consulte la ley de Faraday-Lenz) para inducir un voltaje en un conductor perpendicular al campo. (conductor de corte).
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JIm Dearden
'discúlpeme por llegar tarde a la fiesta, pero ¿estoy en lo cierto al decir que no se necesita un terreno, pero mejorará la radiación Y la recepción?
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Steve
Las radios portátiles solían tener antenas de bucle de ferrita: una bobina enrollada alrededor de un núcleo de ferrita. Estas antenas no necesitan tierra, pero la bobina es direccional, por lo que es posible que tenga que apuntar la radio en una dirección determinada para recibir una buena señal.
Las antenas Yagi (haz) tampoco requieren conexión a tierra, pero las antenas simples de cable largo (como para su conjunto de cristal) requieren conexión a tierra.
Todo depende del diseño de la antena.
¿Por qué la antena Yagi no requiere tierra?
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Stephen Melvin
Esto más o menos repite la pregunta en lugar de responderla.
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Incondicionalmente