Frage:
Warum wird keine tausend Meilen lange Antenne benötigt, um LW und MW zu empfangen?
jj_
2016-03-12 05:40:46 UTC
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Nach dem, was ich bisher gelernt habe, ist die Antenne umso länger erforderlich, je länger die Wellenfrequenz ist, auf der Sie senden oder empfangen möchten. Mein tragbarer Empfänger außer SW kann jedoch auch LW und MW empfangen und empfängt diese über seine interne (sehr kurze!) Antenne.

Wie ist das?

Wie ist es überhaupt möglich, dass die kurze interne Antenne besser funktioniert als die viel längere Teleskopantenne, die das Radio für SW verwendet? (Mein Radio schaltet bei LW MW automatisch auf intern um ...)

Vier antworten:
Phil Frost - W8II
2016-03-13 18:48:17 UTC
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Eine Ferritstabantenne ist eine Art kleine Rahmenantenne, wobei "klein" hier eine kleine Vergeltung für die Wellenlänge bedeutet. Diese Arten von Antennen können am einfachsten durch elektromagnetische Induktion verstanden werden:

  • Die Schleife fungiert als "Netz" für magnetischen Fluss.
  • Wenn sich der magnetische Fluss ändert, wird eine elektromotorische Kraft (EMF) in der Schleife induziert.
  • Diese Kraft drückt die elektrischen Ladungen in der Schleife herum und erzeugt einen Strom durch die Schleife und a Spannung über dem Einspeisepunkt, die der Empfänger erkennen kann.

Dies ist das gleiche Funktionsprinzip wie bei einem elektrischen Generator. Im Fall einer Rahmenantenne kommt das sich ändernde Magnetfeld jedoch nicht von einem sich in der Nähe bewegenden Magneten, sondern von einem entfernten Funksender.

Die elektromagnetische Induktion wird formal durch das Faradaysche Induktionsgesetz . Es heißt, dass EMF ($ \ mathcal {E} $) proportional zur Änderungsrate des Magnetflusses ($ \ Phi_B $) ist.

$$ \ mathcal {E} = - {{\ mathrm d \ Phi_B} \ over \ mathrm dt} $$

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, den Magnetfluss durch die Antenne zu erhöhen, wodurch die EMF erhöht und der Bau einer effizienten Antenne erleichtert wird.

Wir könnten die Magnetfeldstärke erhöhen, indem wir die Leistung des Senders erhöhen oder näher an ihn heranrücken.

Oder wir können die Schleife größer machen. Eine größere Schleife erfasst mehr Fluss, wie ein größeres Netz.

Wir können auch mehr Windungen um die Schleife hinzufügen. Es spielt keine Rolle, dass beide Kurven denselben Raumbereich erfassen. Die EMF in jeder Umdrehung addiert sich, sodass eine Antenne mit zwei Umdrehungen den doppelten Magnetfluss erfasst als eine Antenne mit einer Umdrehung gleichen Durchmessers. Eine Ferritstabantenne hat möglicherweise 60 Windungen, erfasst also den 60-fachen Magnetfluss wie eine Windung.

Das Letzte, was wir tun können, ist, einen Ferritstab in die Schleife zu stecken. Der Ferritstab hat einige interessante magnetische Eigenschaften, die ihn funktionieren lassen.

Alle gewöhnlichen Stoffe haben einige magnetische Eigenschaften. Zum Beispiel ist jedes Elektron wie ein winziger Stabmagnet oder ein magnetischer Dipol. In den meisten Fällen sind diese magnetischen Dipole in zufälligen Richtungen angeordnet, sodass auf makroskopischen Skalen keine interessanten magnetischen Eigenschaften vorliegen.

In ferromagnetischen Materialien können einige dieser magnetischen Dipole neu ausgerichtet werden . Wenn beispielsweise ein Stück Eisen in ein starkes Magnetfeld gebracht wird, neigen seine magnetischen Dipole dazu, sich mit diesem Feld auszurichten, genau wie ein Kompass mit dem Erdmagnetfeld ausgerichtet ist. Die Fähigkeit der magnetischen Dipole, sich auszurichten, wird als Permeabilität bezeichnet.

Wenn das externe Feld entfernt wird, neigen einige der magnetischen Dipole dazu, in ihrer Ausrichtung zu "kleben", und Sie sind es links mit einem Permanentmagneten. Diese Tendenz zum Anhaften der magnetischen Dipole wird als Koerzitivkraft bezeichnet.

Die interessante Eigenschaft des in einer Ferritantenne verwendeten Ferritmaterials besteht darin, dass es eine geringe Koerzitivkraft und eine hohe Permeabilität aufweist. Ihre magnetischen Dipole können sich also gut mit einem externen Feld ausrichten, aber sie bleiben nicht hängen wie eine Kompassnadel.

Wenn Sie also einen Ferritstab in die Schleife stecken, egal aus welcher Richtung das Magnetfeld stammt Wenn der Sender läuft (denken Sie daran, dass er mit der Frequenz des Senders schwingt), sind die magnetischen Dipole im Ferrit in die gleiche Richtung ausgerichtet. Die Felder der magnetischen Dipole addieren sich zum externen Feld, und das Ergebnis ist, dass der magnetische Fluss durch die Schleife stärker ist

Warum ist meine Teleskopantenne dann keine Teleskopferritschleifenantenne mit 10000 Windungen (wenn alle extrahiert sind?
@jj_ Die kurze Antwort lautet: Es wäre weniger effizient. 10000 Drahtwindungen wären ein sehr langer, dünner Draht mit erheblichen Widerstandsverlusten. Ferritstabantennen arbeiten auch nur bei niedrigen Frequenzen, da die Hystereseverluste im Ferrit mit der Frequenz zunehmen. Wenn Sie die lange Antwort wollen, würde es eine gute neue Frage machen.
Ok, aber um sicherzugehen, dass ich Ihren Kommentar vollständig verstanden habe, lassen Sie mich bitte etwas pedantisch sein: In meinem Beispiel war 10000 nur eine willkürliche Zahl, mit der ich die Abdeckung der gesamten Teleskopantenne mit Drahtwindungen beschrieben habe. Was ich mit 10000 Umdrehungen wirklich sagen wollte, ist die richtige Anzahl von Umdrehungen, die erforderlich sind, um es abzudecken. Wäre es auf diese Weise immer noch weniger effizient?
@jj_ Ich bin mir nicht sicher, was eine gute Abdeckung der Teleskopantenne mit Draht bewirken würde. Aber ja, kleine Drähte und längere Drähte haben mehr Widerstand. Widerstand wandelt Strom in Wärme um. Wenn es Wärme erzeugt, muss dies weniger elektrische Energie sein, die zum Empfänger gelangt.
@PhilFrost, Wäre es richtig zu sagen, dass die Rahmenantenne den magnetischen Teil der elektromagnetischen Welle empfängt und dass eine typische Dipol- oder Teleskopantenne den elektrischen Teil der elektromagnetischen Welle vom Sender empfängt? Ich freue mich immer über Ihre Antworten, da sie den Erklärungen eines Universitätsprofessors sehr ähnlich zu sein scheinen.
@CraigK Für * kurze * Dipole und * kleine * Schleifen könnte man das sagen. Natürlich haben alle elektromagnetischen Wellen, die sich im freien Raum ausbreiten, elektrische und magnetische Komponenten in einem Verhältnis, das durch die Impedanz des freien Raums festgelegt ist. Es macht also keinen Sinn, darüber zu sprechen, welche empfangen werden. Es könnte genauer sein zu sagen, dass in Abständen sehr nahe an diesen Antennen kurze Dipole eine hohe Impedanz und kurze Schleifen eine niedrige Impedanz haben. Aber dann, in größerer Entfernung, ist die Situation umgekehrt, und im Fernfeld sind sie gleich. W8JI hat eine großartige Grafik unter http://www.w8ji.com/magnetic_receiving_loops.htm
Autistic
2016-03-12 05:56:03 UTC
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Elektrisch kurze Antennen scheinen bei RX bei diesen niedrigen Frequenzen gut zu funktionieren. Das bescheidene AM-Autoradio ist ein Fall und Punkt. Sicher, dass die kleine Antenne weniger Signal erzeugt, aber auch weniger Rauschen im Verhältnis. So kommt das Verhältnis von Träger zu Rauschen Der Eingang zum Radio ist in beiden Fällen ungefähr gleich. Jeder niederfrequente RX, der sein Salz wert ist, hat genug Verstärkung, um dies zu kompensieren, und sein internes Rauschen ist viel geringer als das atmosphärische Rauschen. Aus diesem Grund wird die Länge der Antenne häufig erhöht gibt keine beobachtbare Empfangsverbesserung. Bei einigen billigen Festkörperempfängern wird sich die Situation aufgrund der schlechten Überlastleistung tatsächlich verschlechtern.

"Elektrisch kurze Antennen scheinen bei RX bei diesen niedrigen Frequenzen gut zu funktionieren." Das habe ich in meiner Frage gesagt, ich habe gefragt, wie.
Die Well-Signalspannung ist aufgrund des extrem niedrigen Strahlungswiderstands gesunken. Dieser niedrige Widerstand ist für eine effiziente Anpassung unpraktisch. So weniger Signal und weniger atmosphärisches Rauschen.
AM-Antennen haben normalerweise Drahtspulen mit einer Drahtlänge nahe der Wellenlänge, wie sie unter http://www.ccrane.com/!ZWZH0veEn1U6mfPDHx13MQ!/How-To-Make-a-Simple-Powerful-AM entwickelt wurde -Loop-Antenne-kostenlos
Die im verlinkten Artikel beschriebenen "7 Drahtwindungen zur Herstellung einer Spule" kommen einer Wellenlänge in MW und LW nicht nahe!
@PearsonArtPhoto Was Drahtspulen zum Arbeiten bringt, hat nichts damit zu tun, dass der Draht eine Wellenlänge lang ist. Bedenken Sie, dass alle Windungen magnetisch gekoppelt sind, weil sie denselben (möglicherweise Luft-) Kern teilen. Dieser hohe Kopplungsgrad bedeutet, dass der Strom in jeder Windung im Wesentlichen gleich ist. Dies gilt unabhängig davon, wie viele Windungen es gibt und ob die Gesamtlänge des Drahtes in irgendeiner Weise mit der Wellenlänge zusammenhängt oder nicht.
Okay, macht Sinn.
rclocher3
2016-03-12 06:15:38 UTC
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Die Antenneneffizienz ist beim Senden weitaus wichtiger als beim Empfangen. Wenn die kleine AM-Antenne in Ihrem Transistorradio nur ein Tausendstel des Signals erzeugt, das eine 300-Fuß-Vertikale mit 160 Radialen liefert, kann der Verstärker den Mangel leicht ausgleichen. Es ist bei weitem nicht so einfach, die Leistung eines Senders um das Tausendfache zu erhöhen, weshalb große Sorgfalt darauf verwendet wird, AM-Rundfunkantennen so effizient wie möglich zu gestalten.

Die interne AM-Antenne in Ihrem Radio funktioniert besser als die Teleskopstabantenne, da die interne Antenne entweder eine Drahtschlaufe mit vielen Windungen oder ein Ferritstab mit vielen Drahtwindungen ist. Die vielen Windungen der internen Antenne "verstärken" (sozusagen) das empfangene Signal

"Die vielen Windungen der internen Antenne 'verstärken' (sozusagen) das empfangene Signal." .. Das ist etwas zu vage.
Immer wenn ein magnetischer Fluss durch eine Drahtspule fließt, wird eine Spannung erzeugt. (Ein HF-Signal hat sowohl ein Magnetfeld als auch ein elektrisches Feld, aber diese Art von Antenne funktioniert mit der Magnetfeldkomponente.) Wenn bei einer kleinen Drahtschleifenantenne die Drahtschleife 100 Windungen hat, nimmt sie das 100-fache des Signals auf dass es wäre, wenn es nur eine einzige Umdrehung hätte.
Edwin van Mierlo
2016-03-14 15:37:42 UTC
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Wie ist es überhaupt möglich, dass die kurze interne Antenne besser funktioniert als die viel längere Teleskopantenne, die das Radio für SW verwendet?

Lassen Sie mich versuchen, darauf zu antworten anders: Die "kurze interne" Antenne ist aufgrund der " L / C-Resonanz "

effizient, selbst wenn sich die Gesamtlänge der Spulen nicht einmal der Länge eines gestreckten Dipols nähert

Für jede Frequenz finden Sie (mehrere) Spulen / Kondensator-Kombinationen, die für diese Frequenz resonant sind. Und wird als Antenne "besser" funktionieren als eine kleine Teleskopantenne zum Empfangen.

Dies ist auch der Grund, warum bestimmte HAMs, die auf solchen Bändern senden möchten, "Magnetschleifenantennen" verwenden, die haben Nach dem gleichen Prinzip handelt es sich um einen Resonanz-L / C-Schaltkreis.

HTH, Edwin



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