インダクタが良いアンテナではないのはなぜですか？

[アンテナは、その長さに沿って流れる電流を持たなければなりません]ので、結果の場はそのエネルギーを空間に放射します。（受信アンテナは逆のこのプロセスです）。

[これ]は、ボードに小さなタンク回路を貼り付けて、効率的に放射することを期待できない理由を説明しています。

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私はこれが経験から真実であることを理解していますが、その理由はわかりません。アンテナの寸法によって、発生する電界が何らかの形で変化すると思いますが、これによりエネルギーがより効果的に放射されるようになりますか？放射エネルギーはどのように見えますか？

アンテナを調整する必要があることは理解しています。アンテナへの最大の電力伝達を調整した後、受信アンテナに行くためにそのエネルギーをより多く得る方法を疑問に思っています。

確かにそれができる非常に良いアンテナとすること。トランジスタ無線機とAMバンド受信機よりももう探す必要はありません。これらのユビキタス消費財では、アンテナは非常に高い誘電率を持つ非常に低損失のフェライトで構成されていました。これは、非常に細い銅線の多くのamp * turnsで包まれました。高い誘電率は、アンテナに（誘電率のために）正確な断面積（正確に思い出せば）平方マイル程度を与え、アンテナの電気的サイズを受信して​​いる波長の寸法まで上げました。

技術的には、アンテナが放射ポインティングベクトルの磁場部分と相互作用したと考えることができます。

インダクタからの距離での電界強度は非常に重要です。インダクタが十分にシールドされていて、近くの空間にゼロ電界がある場合、アンテナのようには機能しません。明らかに。

それでは、インダクタの遠方界を最大化し、優れた無線アンテナを作成するにはどうすればよいでしょうか？さて、最初に関係する距離について疑問に思うべきです。誘導子からの特定の距離で電界は強くなければなりませんか？答え：1/4波長。これはやや「魔法の」値であり、伝導性オブジェクトと相互作用する進行EM波の物理学から外れます。インダクタからの1/4波長の電界が重要でない場合、インダクタはその周波数に対して電磁シールドされています。しかし、その距離で電界が大きい場合、インダクタはアンテナとして機能できます。

YTアニメーション：アンテナを囲むフィールド

なぜ1/4波長なのか？上記は、MITの導入E＆MコースのMPGアニメーションです。アニメーションを注意深く調べてください。中央の小さなコイルにACが印加され、閉じた円形の磁力線の塊がEM波として飛び立ちます。しかし、コイルの位置に非常に近いため、フィールドパターンは外側に飛んでいません。代わりに、単に展開および折りたたみます。コイルアンテナの近くでは、フィールドは単純な電磁石のフィールドに似ています。コイル電流が増加するにつれて大きく拡大し、内側に崩壊します電流が減少したとき。しかし、コイルから遠く離れた場所では、パターンの動作が大きく異なり、連続的に外側に移動するだけです。フィールドの動作はどこで変化しますか？0.25波長の距離で。1/4波の距離では、磁力線は「くびれ」て一時的な砂時計の形になり、その後はがれ、楕円形の閉じた円として外側に飛びます。

コイルの1/4波長距離内の空間の体積は、近距離場領域と呼ばれ、単純なインダクタの拡大/収縮場パターンを示します。遠距離では、ファーフィールド地域では、フィールドは移動EM放射としてのみ動作します。

より多くのMITアニメーション、特に最後のアニメーションを見る

1/4波長の距離で電界が強いことを保証する最も簡単な方法は、ダイポール電磁石のように機能するインダクタを構築することです。しかし、その磁極がおよそ半波長離れている電磁石を作ります。1/2波長のフェライトロッドを購入し、そのロッドをインダクタコアとして使用します。さらに簡単：半径が約1/4波長のフープコイルとしてインダクタを巻くだけです。

1/4波の距離で電界を強くする別の方法は、非常に小さなインダクタを使用することですが、インダクタの電流をはるかに高い値に上げます。この場合、非常に小さなコイルでさえ、大量の電磁放射線を放出する可能性があります。しかし、これは実際的な問題をもたらします。小さなコイルは、ワイヤ加熱のために非効率的なアンテナです。トランスミッターのワット数のほとんどが、放射されたEM波ではなく、莫大な電流とアンテナの熱を発生させている場合、バッテリーを使い果たします（または、電気会社から大きな請求書を受け取ります）。状況では、1/4波長のタワーは必要ありません。小さなループアンテナは正常に機能し、1/2波長よりもはるかに小さい場合があります。

ポータブルAMラジオとその比較的小さなアンテナコイルについては、その場合、コイル電流を増やすために「マジック」を使用します。インダクタが並列LC共振器の一部として使用されている場合、小信号で駆動されると、共振LCループの電流は非常に高い値に増加します。入ってくるEM波を吸収し、コイルの電流は徐々に大きくなります。その成長はワイヤ抵抗によってのみ制限され、抵抗が十分に低い場合、EM放射への損失によってのみ制限されます。共振時のゼロ抵抗コイルは、インダクタから1/4波長の距離での電界強度が、入ってくるEM波の電界強度と同じになるまで、周囲の電界を成長させることができます。これらの条件下では、小さなコイルは「電気的に大きく」振る舞います。約1/2波長のEM吸収体のように振る舞います。（550KHzのAM帯域の下端では、半波の直径は約900フィートです！）

他の受信機とは異なり、AMバンドのポータブルラジオには2つの個別のチューニングコンデンサがあります。1つはスーパーヘテロダイン受信機システムの一部であるローカル発振器用で、もう1つはフェライトコアアンテナコイルに並列接続されています。LC共振は、ループアンテナの半径が1/4波長よりもはるかに小さい場合にのみ必要であることに注意してください。従来の「電気的に大きな」ループアンテナには、このコンデンサは必要ありません。それらはすでに動作波長に適したサイズであり、チューニングコンデンサを追加すると事態はさらに悪化します。

ここに問題全体の別の見解があります。

トランスはループアンテナのペアではありません！

たとえば、60Hzで動作するインチ幅の空芯変圧器を使用します。二次コイルを一次コイルから遠ざけると、それらの間の誘導性接続が急速にゼロになります。これは、一次コイルの周囲の磁場パターンが双極子磁石の磁場パターンと同じであり、双極子の磁束強度が1 / r ^ 3として低下するために発生します。一次と二次の距離を1000倍にすると、二次コイルの磁束は10億倍弱くなります。

さて、駆動周波数を上げますが、定電流信号発生器を使用して一次コイルの電流を以前と同じに保ちます。最初は奇妙なことは何も起こりません。トランスは、幅広い周波数で同じように機能します。しかし、非常に高い頻度で、突然奇妙な新しい効果が現れます。一次コイルである純粋なインダクタは、突然内部抵抗器を開発するように思われ、エネルギーが失われ始めます。それでも、コイルは加熱されていません！エネルギーはどういうわけか逃げています。そして、二次コイルが受け取る磁束の値が突然増加し始めます。2つのコイルはもはやトランスではありません。それらは一対の無線アンテナになりました：ループアンテナ。遠くのコンデンサー（電極のペア）が一次コイルから電界を拾い始めていることを発見するでしょう。フィールドパターンの強度が1 / r ^ 3として低下することはなくなり、代わりに光源のようになり、距離が1 / r ^ 2に低下します。これはすべての頻度で発生しましたか？推測！:)

PS

私がいることがわかりMITの博士ベルチャーは、 YouTubeの上にそれらの元のMPEGを移植しました。基本的な無線アンテナの3つのビューを次に示します。

• 近く：単純なインダクタ、フィールドは拡大および縮小します
• 中：放射インダクタ、フィールドが剥がれ落ちて飛び去る
• 遠い：EM波はアンテナから外側に流れます

そして、正に帯電した髄球を負の球から突然分離すると、次のようになります。

従来のインダクタを作成するとき、漏れインダクタンスを最小限に抑えようとしています。そうすることで、できるだけ多くの磁場を取得して、ワイヤの近くのターンを切断しようとします。トロイダルインダクタは、電界をそれ自体に維持するのに特に優れています。

「漏れ」部分とは、コイルに捕捉されずに空間に放射状に広がる部分です。コイルに関する限り、これは「損失」と見なされます。アンテナを作るとき、空間に放射させたいので、この漏れを最大にしようとしています。

EMFで使用している相互主義と呼ばれる条件について疑問に思っている方が多いでしょう。

最もシンプルで便利なもののようなほとんどのアンテナは、電気双極子です。システムは線形で時不変であるため、アンテナを使用した受信は送信と同じであることを多くの数学で示すことができます。これは、いくつかのアンテナを分析する必要があったために使用されます。なぜなら、放射の方程式をアンテナ源で解き、自由空間で電界を測定することは、反対を試みるよりもはるかに簡単だからです。

上記の線形性の条件に注意しました。磁気コアを使用するアンテナは非線形の動作をすることがよくありますが、これは許容できる電界強度の範囲内にいる限り問題にならないことがよくありますが、アンテナはしばしば受信強度と相関しません。チューニングネットワークの改善は、どちらの場合でも見られる改善ですが、ケーブルに送信されたフィールドで測定されたフィールドを信頼することは、反対のパスと一致しません。

実際にアンテナを離れるフィールドはどのように見えますか？再び最も単純なものの1つである電気双極子を使用します。

From：http : //en.wikipedia.org/wiki/File : Felder_um_Dipol.jpg

したがって、自由空間に波があるとき、それは境界なしで伝播しています。ケーブルに波がある場合、通常は導体間に結合されます。同軸ケーブルは、境界のあるTEMモード導波路の例です。アンテナの仕事は、導波管内の波を自由空間のインピーダンスに合わせて結合し、放射を助けることです。電気双極子を見ると、波がこの構造に結合していることがわかります。この構造は、ワイヤが引き離されると空間に滑らかに結合します。それは、少なくとも、それについて考える方法です。

私はまた、例を話して示したように、電気双極子を言うことを強調しました。興味深いのは、ループアンテナの仕組みです。磁気双極子は、あなたが見てきた電気双極子と同じフィールドパターンを持っているが、磁気およびその逆で電界線を切り替えます。問題は、そこにある曲がった磁場が、電気的な半双極子ほどループが大きくならず、その点に到達するのは非常に難しいということです。

インダクタンスLヘンリーの純粋なインダクタでは、インピーダンスZ = 2 pi FL jは純粋に複雑であり、一般化されたオームの法則V / I = Zから、電流と電圧は位相が90度ずれ、電力伝送は行われないことに注意してください発生します。

とはいえ、実際のコイルは純粋なインダクタではなく、静電容量も持っているため、ある周波数で自己共振することさえあります。

HF周波数では、ARRLハンドブックは、グラスファイバーサポートに巻き付けられた約0.5波長のワイヤーで、上部に「キャパシタンスハット」またはワイヤー負荷があるため、半波長ダイポールまたは4分の1波長の垂直が大きすぎる状況で使用可能な妥協アンテナを作成します。 。

このようなアンテナを3.8 Mhzで構築しました。1ターンあたり約1.5 cm間隔の約40mのワイヤと、長さ約5〜6mの直径約4cmのポールにつまようじを接着したものです。静電容量ハットは、上部の長さが約2mの4本の太い（〜ゲージ8）ワイヤでした。X = 0の交差を達成するために、アンテナアナライザーと10数個ほどの追加のきつく巻かれたワイヤーの下部で最終調整が行われました。Rは通常50オームではないため、アンテナチューナーが必要です。このセットアップは、米国東部および中央部の周り、および米国東部からヨーロッパまで、わずか100ワットのSSBで連絡を取るために使用できました。一般に、他のステーションには優れたアンテナがありました...しかし、これはまだ使用可能でした。

放射エネルギーはどのように見えますか？

これは送信アンテナ用です。AM出力は次のようになります（青）：

アンテナのチューニングを改善し、送信エネルギーを増やします。

アンテナのチューニングを改善し、エネルギーの反射を抑えます。

アンテナのチューニングを改善し、SWRを改善します。

より多くのエネルギーが空気に伝達され、より多くのエネルギーが調整回路に送られます！

編集：コメントで尋ねられたとおり。

良いアンテナを良いものにしているのは何ですか？

受信または送信しようとしている信号の波長に一致するアンテナの長さ。信号が反射されず、100％に近い信号電力がいずれかの方向（txまたはrx）を通過し、損失が少ないように、フィードラインも一致させる必要があります。

理想的な半波ダイポールアンテナの給電点インピーダンスでさえ、実際には部分的に誘導性であることを知って喜んでいるでしょう。