Wie kann ich die Energiemenge maximieren, die eine Antenne empfängt?

Denken Sie daran, dass ich in der Elektrokonstruktion noch sehr neu bin und nur einen Schaltungskurs für Anfänger auf dem Buckel habe.

Ich versuche, ein AM-Radio zu bauen, und obwohl es viele Tutorials dafür gibt, beantwortet keines von ihnen diese spezielle Frage zum Entwerfen eines Empfängers. Die beste Ressource, die ich bisher gefunden habe, ist: http://www.antenna-theory.com/basics/gain.php , aber es scheint über das Senden (nicht Empfangen) von Signalen zu sprechen.

Ich würde gerne wissen, wie ich einen Empfänger herstellen / modifizieren kann, damit ich die Energiemenge maximieren kann, die er von der Trägerwelle erhält.

Gibt es eine sehr gute Ressource zur Herstellung von Empfängern, die die Mathematik und Theorie erklärt? Bitte weisen Sie mich in die richtige Richtung, damit ich etwas Verständnis gewinnen und dieses Projekt durchstehen kann.

Empfangs- und Sendeantenne sind in Bezug auf die Abmessungen identisch, sodass Sie dieselben Berechnungen verwenden können, um die Empfangseffizienz zu maximieren.
RF ist nicht mein Fokus, aber das wichtigste Element ist 1/4 Trägerwellenlänge. Ist sie kürzer, müssen Sie die Antenne induktiv laden, ist sie länger, müssen Sie die Antenne kapazitiv laden. Dies verschiebt die reaktiven Komponenten, um sich gegenseitig aufzuheben und den Empfang rein resistiv zu machen. Schlagen Sie „elektrische Länge“ nach.
Versuchen Sie, Energie aus einer Funkübertragung zu gewinnen?
@Andyaka Energie nicht extrahieren, sondern erhaltene Leistung maximieren. Es gab ein früheres Design, das fehlschlug, weil die empfangene Leistung nicht ausreichte, um in die HF-Verstärkerschaltung eingespeist zu werden.
Was wir sind die Parameter des Senders und Empfängers. Es ist durchaus möglich, dass eine spezifischere Antwort gegeben werden kann.
@Andyaka Das vorherige Design bestand nur aus einem Empfänger für das AM-Radioband. Ziel war es, einen Empfänger zu schaffen, der die 570-kHz-Frequenz abhört. Die verschiedenen Komponenten wurden getestet (Antenne, HF-Verstärker, Demodulator, Audioverstärker) und unter idealen Bedingungen (neben einem Oszilloskop) funktionierte das Radio. Es wurde aber festgestellt, dass die Antenne nicht genügend Leistung empfangen hat. Also forsche ich an Antennen, um herauszufinden, warum. Die Antenne war ein zylindrisches Objekt (3 cm Radius), das mit etwa 40–70 Windungen Kupferdraht umwickelt war, um eine geschlossene Schleife zu bilden.
@Andyaka An dieser Stelle versuche ich zu verstehen, wie die Anzahl der Wicklungen, die Gesamtlänge des Drahtes und die von der Antenne eingeschlossene Gesamtfläche mit der effektiven Apertur zusammenhängen. Ich finde jedoch widersprüchliche Ergebnisse in meiner Forschung. Einige Leute sagen, sie sollten 1/4 Wellenlänge verwenden, und ein anderer Amateurfunk-Enthusiast schlug vor, einfach "eine zufällige Länge zu verwenden". Ich weiß wirklich jeden Einblick in diese Angelegenheiten zu schätzen und es macht mir überhaupt nichts aus, wenn Sie mich auf einen Artikel verweisen, anstatt mir nur die Antwort zu geben – ich würde nur gerne zu einer Antwort kommen.
@Klik Ich kenne nicht alle Details Ihres Kommunikationsschemas, aber so wie es aussieht, besteht das Problem, mit dem Sie konfrontiert sind, darin, dass die an Ihrem Empfänger ankommende Leistung geringer ist als die Empfängerempfindlichkeit. Die Empfängerempfindlichkeit ist die minimale Signalleistung die Ihr eingehendes Signal haben sollte, damit eine korrekte Demodulation des Signals erreicht werden kann. Sie müssen die Menge an Leistung schätzen, die Ihren Empfänger erreicht, und sicherstellen, dass die Zahl höher ist als die Empfindlichkeit Ihres Empfängers.
Wenn an Ihrem Empfänger nicht genug Leistung empfangen wird, tritt höchstwahrscheinlich zu viel Verlust auf Ihrem Kanal auf, und Sie sollten daher entweder i) die Sendeleistung erhöhen, ii) die Empfindlichkeit Ihres Empfängers verringern oder iii) die Verstärkung Ihrer Antenne erhöhen möchten diesen kurzen Artikel ftp1.digi.com/support/images/… sehen , um einen allgemeinen Überblick darüber zu erhalten, wie verschiedene Faktoren die erreichbare Übertragungsreichweite beeinflussen.

Antworten (1)

Nach dem Prinzip der Reziprozität arbeiten Antennen in Empfangs- und Senderichtung gleich. Wenn Sie also eine Richtantenne bauen, die besser in eine bestimmte Richtung sendet, ist sie in dieser Richtung um den gleichen Betrag besser beim Empfangen.

Wenn Ihr Ziel darin besteht, die empfangene Leistung zu maximieren, ist die effektive Blende ein nützliches Konzept . Dies ist die Größe des metaphorischen "Netzes", das die Antenne verwendet, um Energie einzufangen. Ein größeres Netz bedeutet, dass mehr Energie eingefangen wird. Wenn Sie mit dem Begriff "Blende" in Optik und Fotografie überhaupt vertraut sind, handelt es sich um einen ähnlichen Begriff.

Eine etwas kontraintuitive mathematische Tatsache ist, dass die effektive Blende ( A e F F ) und gewinnen ( G ) sind verwandt:

G = 4 π A e F F λ 2

λ ist die Wellenlänge, und die Leute neigen dazu, hier ein Missverständnis zu entwickeln: dass die Physik der Energieübertragung je nach Frequenz irgendwie unterschiedlich ist. Das sind sie nicht. Jegliche elektromagnetische Strahlung nimmt gemäß dem Abstandsquadratgesetz mit der Entfernung ab, seien es AM-Rundfunk, sichtbares Licht oder Gammastrahlung. Siehe Hängt der Freiraumpfadverlust von der Frequenz ab? und Warum ist die Antennenapertur eine Funktion der Wellenlänge?

Diese Gleichung sagt Ihnen Folgendes: Wenn die Frequenz abnimmt und die Verstärkung konstant bleibt, nimmt die Apertur zu. Aber ein Halbwellendipol für 750 kHz ist auch physikalisch viel größer als ein Halbwellendipol für 2,4 GHz, sodass es sinnvoll wäre, dass der 750-kHz-Dipol eine größere Apertur hat, obwohl sie jeweils die gleiche Verstärkung haben.

Ein weiteres kontraintuitives Ergebnis ist, dass ein idealer Dipol, der infinitesimal klein ist, ungefähr die gleiche Verstärkung (und effektive Apertur) wie ein Halbwellendipol hat: 1,76 dBi im Vergleich zu 2,15 dBi.

Wenn das stimmt, warum verwenden wir dann nicht überall infinitesimal kleine Dipole? Wir könnten viel Platz sparen. Der Grund dafür ist, dass Sie zur effizienten Kopplung von Energie mit dieser winzigen Antenne eine Art Anpassungsnetzwerk benötigen, und diese Teile führen zu Verlusten, wodurch die Effizienz des Systems beeinträchtigt wird.

Aber das ist immer noch aufschlussreich: Wenn Sie die empfangene Leistung maximieren möchten, konzentrieren Sie sich zuerst auf die Minimierung der Verluste. Mit den winzigen Leistungen, die Sie von einer Antenne erfassen, müssen Sie wahrscheinlich so effizient wie möglich sein, also entwerfen Sie auf Einfachheit, da jede Komponente Verluste hinzufügt. Passen Sie Ihre Last an die Antennenimpedanz an, um die Energieübertragung so effizient wie möglich zu gestalten.

Vielen Dank für diese Antwort. Sie haben mir viel gegeben, um loszulegen und das Thema weiter zu erforschen. Ich hatte gedacht, dass die Drahtstärke eine Rolle spielt, aber ich denke nicht. Wie auch immer, das wird mir definitiv helfen, meinen Radioantennenempfänger zu konstruieren. Beifall!
Die Drahtstärke spielt eine enorme Rolle. "Konzentrieren Sie sich zuerst darauf, Verluste zu minimieren." Antennen, die viel kürzer als 1/2-wv-Dipole sind, führen zu einem proportional höheren Strom und daher zu größeren Verlusten durch die Leitererwärmung. Idealerweise verwenden Sie Supraleiter und Vakuumkondensatoren. Mit anderen Worten, senken Sie Ihre Leiterwiderstände weit unter ein Ohm und wählen Sie Dielektrika für extrem geringe Verluste (geringe Erwärmung bei hohem Strom). Bei 750 kHz zieht eine kleine Tischantenne, wenn sie aus idealen Materialien besteht, die gesamte EM-Welle an Energie in einem Umkreis von 50 Metern. Natürlich für echte Materialien YYMV!
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