Warum verwenden wir nicht sowohl E- als auch B-Felder für eine Empfangsantenne?

Eine Antenne ist ein elektrisches Gerät, das elektrische Energie in Funkwellen umwandelt und umgekehrt, das wissen wir alle.

Bei der Übertragung liefert ein Funksender einen elektrischen Strom, der mit Hochfrequenz oszilliert (dh einen Hochfrequenz-Wechselstrom (AC)) an die Anschlüsse der Antenne, und die Antenne strahlt die Energie des Stroms als elektromagnetische Wellen (Funkwellen) ab. Die elektromagnetische Welle hat ein senkrecht zueinander stehendes E- und B-Feld; Beim Antennenempfang verwenden wir jedoch nur das E-Feld einer elektromagnetischen Welle, um an ihren Anschlüssen eine winzige Spannung zu erzeugen, die zur Verstärkung an einen Empfänger angelegt wird.

Warum verwenden wir nicht sowohl E- als auch B-Felder für den Empfang? Können wir mehr Spannung erzeugen, indem wir sowohl E- als auch B-Felder verwenden?

Antennen, die das E-Feld nutzen, sind fast immer ganz anders aufgebaut als Antennen (meist Rahmenantennen), die das B-Feld nutzen. Daher ist der Entwurf einer Antenne sowohl für das E-Feld als auch für das B-Feld gegensätzlich, da Ihr Design entweder das E-Feld oder das B-Feld bevorzugt. Antennen, die nur für das E-Feld oder nur das B-Feld ausgelegt sind, sind jedoch üblich und in Gebrauch.
Zu Ihrer letzten Frage zur Erzeugung von mehr Spannung. Die durch das E-Feld und das B-Feld erzeugte Spannung addieren sich nicht, um höhere Spannungspegel zu erzeugen. Sie sind zueinander phasenverschoben. Sie verwenden das eine oder das andere, aber die Verwendung von beiden ist definitiv nicht typisch.
@K7PEH: Sie sind tatsächlich in Phase, nur im Nahfeld sind sie phasenverschoben (90 °). Aber später werden sie aufgrund der Maxwell-Gleichungen in Phase gebracht (stabiler Zustand)

Antworten (2)

Die Prämisse Ihrer Frage ist falsch. Empfangsantennen "verwenden" sowohl das E-Feld als auch das B-Feld, um die Spannung an ihren Anschlüssen aufzubauen. Aus geraden Leitern konstruierte Antennen sind am empfindlichsten für Signale, deren E-Feld parallel zum Leiter ist (was eine Spannung induziert) und dessen B-Feld senkrecht zum Leiter ist ("Querschneiden", was auch Spannung induziert).

Schleifenantennen sind ein Sonderfall. Sie hängen fast ausschließlich vom B-Feld ab und sind überhaupt nicht sehr empfindlich gegenüber dem E-Feld.

Ich denke nicht, dass die Prämisse der Frage des OP überhaupt falsch ist. Tatsächliche Empfangsantennen sind entweder dafür ausgelegt, das E-Feld oder das B-Feld zu verwenden, selten beide. Tatsächlich kann ich mir ohne einige Nachforschungen kein Antennendesign vorstellen, das beide verwendet. Ihr Punkt scheint hauptsächlich zu sein, dass sowohl das E- als auch das B-Feld vorhanden sind, was wahr ist, aber sie werden nicht gleichermaßen zur Erzeugung der vom Empfänger verarbeiteten Signale verwendet. Für den Empfang sind die meisten Antennen Loop-Antennen (eingebauter Loop-Stick), die auf dem B-Feld basieren.
Hinweis: Meine obigen Kommentare beziehen sich hauptsächlich auf Rundfunk-, HF- und VHF-Antennen. Es gibt andere Antennen, die für Radar, Mobiltelefone und Radioastronomie verwendet werden, die auf anderen Methoden basieren, die ich nicht in meinen Kommentaren aufführe.
@K7PEH: Dein Benutzername deutet darauf hin, dass du ein Schinken bist, also solltest du es wirklich besser wissen. Rahmenantennen werden üblicherweise nur für MW-Signale und darunter verwendet (ungefähr alles unter 1 MHz). "Straight Conductor"-Antennen werden für so ziemlich alles andere verwendet. Und ich habe keine Ahnung, warum Sie denken, dass das B-Feld für Antennen mit geradem Leiter irrelevant ist. Betrachten Sie den Halbwellendipol und wie sich die Impedanz entlang seiner Länge ändert: Die Enden sind hochohmig und empfindlich für das E-Feld, während die Mitte niederohmig ist, wodurch das B-Feld einen Strom induzieren kann.
Ja, ich bin Funkamateur, auch Physik (Abschlussarbeit Mathematische Physik). Ich habe eine Rahmenantenne gebaut, die ich im 40-Meter-Band (HF) verwendet habe, sodass Rahmenantennen für viele verschiedene Frequenzen verwendet werden können, obwohl ich zustimme, dass die Mehrheit der verwendeten das Rundfunkband ist. Rahmenantennen werden auch häufig für RDF verwendet, und ihre Größe und Anpassungsschaltungen unterscheiden sich nur aufgrund der Frequenz (für die meisten). Ihr Kommentar zum Dipol ist aus dem Hauptgrund der Polarisation nicht korrekt. Ein Dipol ist als Antenne am empfindlichsten, wenn er genauso polarisiert ist wie das E-Feld, nicht B.
Äh, genau das habe ich im ersten Absatz meiner Antwort gesagt!
Nun, wenn Sie sagten, dass ich es verpasst habe. Wenn Sie nur sagen, dass das B-Feld beteiligt ist, dann ja, als EM-Wellen sind sie sowohl E- als auch B-Felder. Wenn Sie jedoch eine Antenne entwerfen, treffen Sie beim Design die Wahl, ob Sie das E-Feld oder das B-Feld als primäre Quelle verwenden möchten. Und ich habe sehr lange Antennen entworfen und mathematisch modelliert und verwendet.
Haben Sie jemals Antennensimulationssoftware verwendet? Es dreht sich alles um die Stromverteilung entlang der Elemente der Antennen. Wie können Sie sagen, dass das B-Feld irrelevant ist?
Ja, ich verwende regelmäßig NEC4-Software (die lizenzierte Version) zusammen mit anderen Ergänzungen, die ich in Mathematica mache. Ich habe auch meine eigene Analysesoftware (in Mathematica) geschrieben, die sowohl MOM als auch FTDM verwendet. Ich denke darüber nach, ein Finite-Elemente-Analyseprogramm zu erstellen, bin aber noch nicht dazu gekommen. Das B-Feld in einem Dipol ist für fast jeden, der Dipolantennen verwendet, irrelevant - dies liegt an der Kopplung. Die Kopplung zwischen einem E-Feld (das dann Ladungen im Leiter beschleunigt) ist viel stärker als jede B-Feld-Kopplung zum Dipol. Wenn Sie eine Magnetschleife verwenden, ist es umgekehrt.
Ich würde diese Diskussion gerne fortsetzen, aber dieses Forum ist jetzt nicht mehr für unsere Meinungsverschiedenheiten geeignet.
Eigentlich versuche ich, eine drahtlose Energieübertragung mit einer Antenne zu entwerfen. Ich entwerfe WPT bereits mit induktiver Kopplung und resonanter induktiver Kopplung, aber die Reichweite von WPT ist klein. Ich denke also, wenn ich eine Antenne verwende und beide Felder verwende, ist es möglicherweise möglich, mehr Leistung zu erhalten.

Die Energie aus beiden Feldern ist zu gering, um sie in andere Formen angenehmer Energie (elektrochemisch, kinetisch usw.) umzuwandeln, nur um einige kleine elektronische Teile zu aktivieren. Erinnern wir uns an eine Formel B=E/c, c Lichtgeschwindigkeit und E und B sind die jeweiligen Felder, zum Beispiel E-Feld von 1000 V/m, ein sehr starkes Feld, erzeugen ein Magnetfeld mit einer kleinen Dichte von 0,000003333 Tesla oder 0,03333 Gauß. Stellen Sie sich die Schwierigkeit vor, ein Gerät zu installieren, das genug Energie aufnehmen kann, um eine Glühbirne zum Leuchten zu bringen oder eine Welle zu drehen. Gleichzeitig ist das E-Feld sehr schwach, um auf praktischer Ebene verwendet zu werden. Und wie nutzt man das wechselnde E-Feld? Ein Kondensator? Könnte sein, aber mit Hunderten oder Tausenden von Kondensatoren mit sehr geringer Kapazität. Ich denke, Nikola Tesla hat etwas versucht, das darauf basiert, EMG-Wellen zu senden und die Häuser die Energie zu empfangen, aber das Projekt vergessen.

Warum verwenden wir nicht sowohl E- als auch B-Felder für eine Empfangsantenne?
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