Warum wird "Wellenlänge" als Einheit für die Länge einer Antenne verwendet?

Antennen sind für den Betrieb bei einer bestimmten Frequenz ausgelegt, und die physikalischen Abmessungen einer Antenne skalieren mit der Designfrequenz. Bei einer Dipolantenne hängen Dinge wie der Antennengewinn und die Richtwirkung von der Länge in Wellenlängen ab, die als elektrische Länge bezeichnet wird. Wenn Sie also wissen, dass die Antenne beispielsweise ein 1/2-Wellen-Dipol ist, wissen Sie sofort, wie der Gewinn, die Richtwirkung und das Strahlungsdiagramm aussehen. Wenn die Länge in Metern angegeben wurde, müssten Sie auch die Designfrequenz kennen, damit Sie die elektrische Länge in Wellenlängen berechnen können, um die Antenneneigenschaften zu bestimmen. Es ist auch möglich, elektrische Verlängerungstechniken zu verwenden, die dazu führen, dass sich die Antenne elektrisch so verhält, als wäre sie länger als ihre physikalische Länge.

Ich möchte anmerken, dass es bei einigen Antennentypen üblich ist, die Größe in Wellenlängen und bei anderen in Metern anzugeben. Beispielsweise werden Dipolantennen sehr häufig in Bezug auf ihre elektrische Länge in Wellenlängen angegeben, während Parabolantennen üblicherweise durch ihren Durchmesser in Metern angegeben werden.

Es empfiehlt sich nicht nur, die Länge in anzugeben$\lambda$Es ist auch wichtig, den Typ anzugeben, also zum Beispiel Monopol oder Dipol. Stellen Sie sich einen Monopol vor und sehen Sie sich die Impedanz an, die er für die Schaltung darstellt, an die er angeschlossen ist: -

Ein typischer Viertelwellen-Monopol hat keine Reaktanz (magentafarbene Linie) und einen Strahlungswiderstand von etwa 37 Ohm (obwohl es ein bisschen schwierig ist, einen genauen Wert aus dem obigen Diagramm zu erhalten). Wenn dies ein Halbwellen-Dipol wäre, hätte er den doppelten Strahlungswiderstand eines Viertelwellen-Monopols. Wenn Sie also nur sagen, eine 10-Meter-Antenne sagt Ihnen nichts, was für den Designer wichtig ist.

Aber Monopole können kurz sein und einen angeben, der ein Zehntel beträgt$\lambda$Es ist nützlich zu wissen, da ein Designer in der Lage wäre, bei seiner optimalen Frequenz abzuschätzen, dass es bei -j500 kapazitiv wäre.

Ein schnelles Auto ist nicht unbedingt ein Ferrari oder ein Lamborghini

Eigentlich ist dies eine sehr grundlegende Frage zu Hochfrequenzanwendungen (HF). Wenn man von HF spricht, ist die Wellenlänge kurz im Vergleich zur Übertragungsleitung, was bei einer Antenne der Fall ist. Die Wellenlänge ist gegeben durch

Daher ist die Menge, wie sich die Welle ausbreitet, beim Design einer Antenne wichtig. Mit der Wellenlänge$\lambda$, kann man ohne weitere Berechnungen direkt sehen, welche Abmessungen die Antenne hat.

$I$zeigt die aktuelle Verteilung und$V$die Spannungsverteilung über einer Halbwellendipolantenne. Das kann man also sehen$\lambda=2\pi$, wo$2\pi$eine Periode der Spannungs-/Stromverteilung ist. Die Stromverteilung über den Dipol spielt eine wichtige Rolle eq für die Strahlungscharakteristik. Es ist also sinnvoll, die Menge anzugeben$\lambda$um direkt ein Gefühl für die Stromverteilung über dem Drahtstück zu bekommen.

Außerdem ist die Wellenlänge nur eine Länge, daher wird ihre Größe in SI-Einheiten angegeben, zum Beispiel Meter

Wie PlasmaHH anmerkte, hängen die Eigenschaften einer Antenne von ihrer Wellenlänge ab. Diese Wellenlänge ist frequenzabhängig. Sie können also zwei Antennen mit der gleichen Länge haben, die beide eine unterschiedliche Impedanzanpassung für zwei verschiedene Frequenzen haben, sodass eine der Antennen eine Vollwellenlängenantenne für Frequenz 1 sein könnte, während die andere eine Viertelwellenlängenantenne für Frequenz 2 sein könnte.

In Antennen-Grundkonzepte erklären sie den Unterschied zwischen verschiedenen Antennenlängen:

1/4-Welle: Ein einzelnes strahlendes Element mit einer Länge von etwa 1/4 Wellenlänge. Richtwirkung 2,2 dBi, 0 dBd. Geladene 1/4-Welle

1/2 Welle: Ein einzelnes strahlendes Element mit einer Länge von 1/2 Wellenlänge. Richtwirkung 3,8 dBi, 1,6 dBd. Eine Sonderausführung ist die endgespeiste 1/2-Welle.

Die Wellenlänge ist keine feste Konstante und variiert von Welle zu Welle. Warum wird eine Antenne in Bezug auf die Wellenlänge gemessen?

Welche Bedeutung hat die Wellenlänge als Einheit der Antennenlänge?

Weil unterschiedliche Wellenlängen (Frequenzen) Antennen unterschiedlicher Länge erfordern. Die Größe der Antenne muss sehr genau auf die Länge der Welle abgestimmt sein, mit der sie arbeiten soll.

Es gibt Formeln zur Berechnung der Antennenlänge in Metern (hier), aber warum werden Antennenlängen nicht in Metern angegeben und warum müssen wir Formeln verwenden, um die Wellenlänge in Meter umzurechnen?

Wo fängt man an, wenn man eine Antenne baut? Sie beginnen mit "Auf welcher Wellenlänge (Frequenz) wird es arbeiten?". Sie beginnen also mit der Wellenlänge und das sind Ihre Eingabedaten. Die Formeln sind also so konzipiert, dass sie in diese Richtung funktionieren: Sie geben die Wellenlänge (oder Frequenz) ein und sie zeigt Ihnen die erforderlichen Abmessungen Ihrer Antenne.

Sie fangen nie mit Zählern an und fragen: "Auf welcher Frequenz wird es arbeiten?" (außer in den seltenen Fällen, in denen Sie alten Müll auf dem Dachboden finden und versuchen, herauszufinden, was zum Teufel das ist)

Das in absoluten Einheiten beschriebene Antennendesign wäre auf nur eine Frequenz festgelegt und daher (fast) nutzlos für jeden, der eine andere Frequenz benötigt.

Die Antwort:

Wir beginnen mit der Wellenlänge, um Meter zu erreichen, weil wir Antennen so entwerfen, dass sie zu einer bestimmten Frequenz passen, nicht Frequenzen, die zu einer bestimmten Antenne passen.

Dasselbe Antennendesign kann für eine Vielzahl unterschiedlicher Wellenlängen verwendet werden. Die Wellenlänge im Antennendesigndiagramm ist eine Variable. Um die Antenne zu bauen, würden Sie die Wellenlängenvariable im Diagramm durch den tatsächlichen Wellenlängenwert (z. B. Meter, Zoll) ersetzen, der der Primärfrequenz entspricht, die die Antenne empfangen soll.