공진 반파 쌍극자의 중앙 공급 지점에서 임피던스에서 볼 수있는 제로 리액턴스의 원인은 정확히 무엇입니까?
인터넷에서 햄 라디오 운영자가 쓴 많은 설명과 일부 교과서에서 유도 성 및 용량 성 리액턴스가 상쇄되면 반파 쌍극자가 공명한다고 말합니다.
공진 반파 쌍극자의 중앙 공급 지점에서 임피던스에서 볼 수있는 제로 리액턴스의 원인은 정확히 무엇입니까?
아래 이미지는 Wikipedia에서 가져온 것으로 공진시 반파 쌍극자에 존재하는 정상파에 대한 전압 및 전류 분포를 보여줍니다.
공진은 각 안테나 요소의 길이가인가 된 신호 파장의 정확히 1/4이라는 사실에 의해 결정됩니다. 따라서 끝에서 반사 된 파동은 위상이 정확히 360º 뒤가되며 이는 위상이 일치하는 것과 동일합니다. 적용된 신호와 두 신호가 더해져 진폭이 더 큰 결과 파형이 생성됩니다.
Wikipedia는이를 "동적 시스템의 공진 주파수에서 진동하는 힘이 가해지면 시스템은 다른 비 공진 주파수에서 동일한 힘이 가해질 때보 다 더 높은 진폭에서 진동 할 것"이라고 설명합니다.
https://en.wikipedia.org/wiki/Resonance.
내 이해는 공진에서 적용된 전류와 함께 위상이 90도 이상인 정재파의 전압은 공진의 피드 포인트에서 항상 0이라는 것입니다. 더 길거나 짧은 안테나의 경우 제로 크로싱 포인트는 더 이상 피드 포인트에서 발생하지 않으며 피드 포인트는 피드 포인트 전류와 위상이 다른 0이 아닌 전압을 갖습니다.
따라서 공진에서 피드 포인트의 전류와 90도 위상차 인 정상파의 전압은 0이며 피드 포인트 임피던스에 리액턴스를 제공하지 않습니다.
이 올바른지 ?
이 질문에 대한 답을 찾으려고 시도하는 데 사용한 몇 가지 리소스를 참조하십시오.
Joseph J. Carr 4 판의 실용 안테나 핸드북 5 장.
https://en.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna#Half-wave_dipole
https://en.wikipedia.org/wiki/Talk:Dipole_antenna#Animated_graphic_incorrect
http://nvhrbiblio.nl/biblio/boek/R-F%20Transmission%20Lines%20-%20Alexander%20Schure.pdf
http://nvhrbiblio.nl/biblio/boek/Resonant%20Circuits%20-%20Alexander%20Schure.pdf
http://nvhrbiblio.nl/biblio/boek/Antennas%20-%20Alexander%20Schure.pdf
https://www.youtube.com/watch?v=DovunOxlY1k
답변
당신이 놓친 것은 공진 쌍극자가 파장의 절반 길이 일 필요가 없다는 것입니다. 중앙 근처에 직렬 인덕터를 추가하거나 중간에서 부분적으로 빠져 나가거나 팁 끝 근처에 커패시터 (모자)를 추가 할 수 있으며, L과 C는 값이 작은 것에서 큰 것까지 다양하여 쌍극자 길이를 아주 조금씩 변경할 수 있습니다. 더 짧거나 상당히 작습니다 (예 : HT 고무 오리 또는 80M 햄 스틱 쌍극자). 그리고 여전히 정확히 동일한 주파수에서 공명합니다. (또한 방사 효율이 나 빠지고 SWR 대역폭이 좁아집니다.)
위의 모드를 수행하지만 동일한 공진 주파수를 유지하면 길이가 크게 변경 될 수 있지만 LC 비율은 동일하게 유지됩니다. 따라서 LC 곱은 물리적 길이가 아니라 공명에 대한 상수입니다.
추가됨 : 사실, 다이폴 안테나의 크기를 반 파장에서 몇 개의 작은 집중 구성 요소 크기로 축소하면서 L 및 C 로딩 값을 점차적으로 변경하면 공진 안테나가 점차 비 (또는 거의)되지 않게됩니다. -방사 집중 공진 LC 회로 (피드 포인트에서 중앙 탭 / 분할 인덕터 사용).
원래의 질문은 "왜 햄 라디오 사업자가 유도 성 및 용량 성 리액턴스가 상쇄 될 때 반파 쌍극자가 공진한다고 주장 하는가?"였습니다. 그 질문은 심리학에 관한 것 같아서 그에 따라 대답하겠습니다. 내 대답이 다른 사람들에게 매우 유용할지는 모르겠지만 어쨌든 진행하겠습니다.
햄인 사람들은 각계 각층에서 왔으며 라디오 기술에 대한 이해도는 모두 불완전합니다. 많은 햄은 안테나에 대해 약간 알고 RLC 회로에 대해 약간 알고 있습니다. 그들은 공진보다 짧은 쌍극자의 임피던스는 용량 성이고 공진보다 긴 쌍극자의 임피던스는 유도 성임을 관찰합니다.
"아하", 누군가 자신에게 "쌍극자는 직렬 RLC 회로와 같아야하고, 용량 성 리액턴스가 올라 가야하고 안테나가 짧아지면 유도 리액턴스가 내려 가야하며, 그 반대도 마찬가지입니다."라고 스스로에게 말했을 것입니다. 쌍극자가 홀수 고조파에 대해서도 공명한다는 관찰에서 입증 된 바와 같이 이는 지나치게 단순화 된 것입니다. 그러나 당시에는 그에게 효과적이었습니다. 이 모델은 공유되었고 다른 사람들에게 이치에 맞았습니다.
연약하고 불완전한 정신 모델은 우리 인간이 세상을 이해하는 방법입니다. 우리는 무엇이든 이해하기 시작하기 위해 일종의 정신적 모델이 필요합니다. 우리는 가능한 한 최선을 다합니다. 이 경우 약간의 작업으로 더 나은 이해가 가능합니다. 적어도 오해는 이해할 수 있습니다.
제로 리액턴스는 전압과 전류가 동위임을 의미합니다.
예를 들어, 비 반응성 부하에 연결된 전압 소스를 고려하십시오. 이는 적용된 전압의 피크가 결과 전류의 피크와 일치해야 함을 의미합니다.
비 반응성 부하에 연결된 전류 소스를 고려하는 것도 똑같이 유효합니다. 이 경우 적용된 전류의 피크는 결과 전압의 피크와 일치해야합니다.
어느 쪽이든 리액턴스는 임피던스의 일부이고 임피던스는 전압과 전류 사이의 관계입니다.
쌍극자는 분리 된 균형 잡힌 전송선입니다. DC 전압 단계가 전압 소스 반대쪽 끝에서 열린 전송 라인 섹션의 끝에 적용되면 어떻게됩니까?
이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 생성 된 회로도
이 "부하"(전송선)의 임피던스를 알고 싶다면 전류가 얼마나 흐르는 지 알아야합니다. 우리는 회로가 끝에 열려 있기 때문에 결국 전류가 0이되어야한다는 것을 알고 있습니다. 그러나 전압 단계는 아직 열린 끝을 보지 못했지만 어떻게 알 수 있습니까?
따라서 처음에는 전송 라인의 서지 임피던스 (특성 임피던스라고도 함)에 의해 정의 된 양의 일부 전류 흐름이 발생합니다. 그러나 전류는 개방 끝에서 0으로 제한되므로 반사파가 초기 파에 중첩되어 개방 끝에서 전압 소스로 다시 전파됩니다. 이 프로세스에 대한 직관을 얻기 위해 시간 도메인 전송 라인 시뮬레이터 를 사용 하는 것이 도움이 될 수 있습니다 .
반사파가 소스로 돌아올 때 일어나는 일이 핵심입니다. DC 단계의 경우 소스에 너무 많은 전압이 표시되어 전류가 감소합니다. 그리고 이것은 또 다른 웨이브 전파를 시작합니다. 각 반복은 우리가 알고있는 DC 솔루션에 가까워집니다. 즉, 제로 전류, 즉 무한 임피던스입니다.
그러나 AC의 경우 전압 소스는 단계가 아니라 정현파입니다. 반사파의 위상과 순 파와 반사파의 전파로 인한 추가 위상 지연을 모두 고려해야합니다.
공진 반파 쌍극자의 중앙 공급 지점에서 임피던스에서 볼 수있는 제로 리액턴스의 원인은 정확히 무엇입니까?
전송선이 열리면 반사파의 전류는 항상 같지만 순방향 파와 반대입니다. 개방 된 끝은 항상 전류를 취소하여 0으로 만들기를 원하기 때문입니다. 즉, 반사는 180 도의 위상 지연을 추가합니다.
송전선로의 길이가 90도이면 공진합니다. 이것은 순방향 파동의 지연 90도, 반사파의 90도, 반사 위상의 180도를 더한 것이 360도 또는 0도이기 때문입니다. 전류는 전압과 위상이 같으며 이는 제로 리액턴스를 의미하며 공진을 의미합니다.
나는 아직 방사선 저항이이 모든 것에 어떻게 들어 맞는지 이해하지 못한다.
이상적인 1/4 파 전송 라인의 경우 전압 소스에서 보는 임피던스는 정확히 0 + 0j 옴입니다. 이는 각 반사파의 전류가 각 순방향 파를 강화하고 시스템에 손실이 없으므로 전류가 무한대로 쌓이기 때문입니다. 그러나 이상적인 공진 쌍극자에서는 일부 에너지가 복사 (저항으로 표시됨)로 손실되므로 전류는 높지만 유한 한 양으로 축적되어 약 70 + 0j 옴의 낮지 만 0이 아닌 임피던스가 발생합니다.
이제이 그래픽은 어떻습니까?
얼핏 보면 각각 "전압"과 "전류"라고 표시된 빨간색과 파란색 곡선이 위상이 아닌 직각 위상 인 것처럼 보입니다. 이것은 전압과 전류가 위상이 같은 위의 설명과 어떻게 조화를 이룹니 까?
더 혼란 스럽지만 더 도움이 될 수있는 것은 정상파 만 표시하지만 전압원의 영향을 포함하지 않는 이전 버전의 이미지입니다 (그림에 전압원이 포함되어 있지 않은 경우 효과가 더 좋을 수 있습니다). 설명되지 않음) :
여기에서 빨간색과 파란색 곡선은 정확히 구적입니다. 그리고 이것은 정상파가 순전히 반응하기 때문에 실수가 아닙니다.
이 이미지에 대한 혼란스러운 점은 그것이 의미하는 바를 실제로 설명하지 않고 "V"(전압의 경우) 라고만 표시된다는 것입니다. 볼트로 측정되는 모든 것을 전압이라고 부를 수 있습니다. 그다지 구체적이거나 도움이되지는 않습니다.
피드 포인트 임피던스에 대해 우려하는 경우 우리가 우려하는 전압은보다 구체적으로 두 피드 포인트 단자 간의 전위차입니다.
쌍극자 주변의 전자기장에 대해 우려한다면 미터당 볼트로 측정되는 안테나 주변 공간의 특정 지점에 대한 벡터 양인 전기장 강도에 더 관심이있을 것입니다.
그래픽의 "전압"은 안테나 길이에 따른 각 지점의 전위를 보여줍니다. 전위 는 측정 된 지점과 무한히 멀리 떨어져있는 이론적 지점 사이의 전위차 이며 정의에 따라 0 볼트입니다. 쌍극자의 경우 중앙의 전위도 0 볼트입니다.
이제 문제는 그래픽에서 파란색 곡선이 빨간색 곡선과 확실히 일치하지 않을 때 피드 포인트 단자 간의 전위차가 전류와 위상이 일치 할 수있는 방법입니다.
대답은 매우 간단합니다. 이론적으로 피드 포인트 터미널은 극소 거리만큼만 분리됩니다. 전위 때문에 실제로, 파란색 곡선이 무엇을하고 있는지 중요하지 않습니다 차이 두 점 제로 분리에 접근하는 두 점 사이가 제로에 접근한다.
즉, 균일 한 전기장에서 두 지점 간의 전위차는 전기장 강도 (볼트 / 미터)에 지점 (미터) 간의 거리를 곱한 값입니다. 거리가 작 으면 전위차를 무시할 수 있습니다.
쌍극자에서 일어나는 일에 대한 전체 그림은 다음과 같은 중첩입니다.
- 전기장과 자기장이 직각 위상에있는 위 이미지에 표시된 정상파
- 안테나를 구동하는 전압 (또는 전류) 소스의 영향으로 전압과 전류가 동 위상입니다.
시간이 지남에 따라 점점 더 혼란스러워지고있는 나의 이해는 공진시인가 된 전류와 90도 위상이 다른 정재파의 전압이 공진시 공급 점에서 항상 0이라는 것입니다.
사실이지만, 정상파는 급전 점 단자 주변의 높은 전계 강도와 관련이 있지만 단자가 멀지 않은 한 단자 간의 전위차에 무시할 수있는 중요성을 갖습니다.
Hotpaw가 말한 내용 을 추가하려면 ...
있다 이론적 인 반 파장 다이폴, 492 / F는 .
그러나 실제 공진 쌍극자 는 더 짧습니다. 하나를 만들 때 길이를 468 / f 로 줄여 최종 효과를 고려해야합니다 .
최종 효과는 안테나가 일반적으로 공기에 둘러싸여 작동하고 신호가 유한 길이의 도체를 따라 이동한다는 사실에 기인합니다. 보다 구체적으로, 안테나 종단 효과는 인덕턴스의 감소와 안테나 도체의 끝쪽으로의 커패시턴스 증가로 인해 발생합니다.
에서 인용 https://www.electronics-notes.com/articles/antennas-propagation/dipole-antenna/length-calculations-equation-formula.php