[Solucio3nado] ¿Por qué a menudo se elige 50 Ω como la impedancia de antena

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[Solucionado] ¿Por qué a menudo se elige 50 Ω como la impedancia de | antena
antena
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equilibrado-de-impedancia
alta-frecuencia
electrónica
¿Por qué a menudo se elige 50 Ω como la
impedancia de entrada de las antenas,
mientras que la impedancia del espacio
libre es de 377?
Preguntado el 12 de Octubre, 2018
5526 visitas
5 Respuestas
solucionado
https://www.i-ciencias.com/pregunta/118070/por-que-a-menudo-se-elige-50--como-la-impedancia-de-entrada-de-las-antenas-mientras-que-la-im…
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Con el fin de cumplir de manera eficiente la energía a una parte diferente de un circuito sin
reflexión, las impedancias de todos los elementos del circuito deben coincidir. Espacio libre
puede ser considerado como un elemento adicional, ya que una antena de transmisión,
finalmente, debe irradiar todo el poder de la línea de transmisión en ella.
Ahora, si las impedancias de la línea de transmisión y la antena están igualadas a 50 Ω, pero la
impedancia del espacio libre es de 377 Ω, no hay que ser un desajuste de impedancia y, en
consecuencia, un menos que óptima de radiación de la antena?
EDITAR:
Hasta donde yo se reunieron a partir de las respuestas, la literatura y los debates en línea, la
antena actúa como una impedancia del transformador entre la línea de alimentación y el espacio
libre. El argumento: no hay poder de la línea de alimentación se refleja y debe ir a la antena. La
antena puede ser asumida de resonancia y por lo tanto irradia toda su potencia en el espacio
libre (sin tomar en cuenta las pérdidas de calor, etc). Esto significa que no hay ningún poder
reflejado entre la antena y el espacio libre, y la transición entre la antena y el espacio libre es, por
tanto, coincide.
El mismo debe ser cierto en la dirección inversa para una antena receptora (Principio de
Reciprocidad): una onda en el espacio libre (Z0 ) incide sobre una antena y la potencia recibida
se introduce en la línea de transmisión (de nuevo a través de la transformación de impedancia).
Al menos en un papel (Devi et al., Diseño de una banda ancha 377 Ω E en forma de antena de
parche para el aprovechamiento de la energía de RF, Microondas y Óptica Letras (2012) Vol. 54,
Nº 3, 10.1002/mop.26607) se mencionó que un 377 Ω antena con un circuito separado para que
se adapte a 50 Ω fue utilizado para "lograr un amplio ancho de banda de impedancia", con un
alto nivel de energía. Si la antena normalmente ya es la impedancia del transformador, lo que es
la coincidencia de circuito necesario para entonces? O bien, ¿bajo qué circunstancias es que la
antena no también de la impedancia del transformador?
Algunas fuentes útiles y discusiones que he encontrado:
Klaus Kark, Antenne und Strahlungsfelder (en alemán)
https://www.i-ciencias.com/pregunta/118070/por-que-a-menudo-se-elige-50--como-la-impedancia-de-entrada-de-las-antenas-mientras-que-la-im…
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Igualación de impedancia
(http://www.phys.ufl.edu/~majewski/nqr/reference2015/nqr_detection_educational/Impedance_
Foro de discusión que menciona la transformación de impedancia de una antena invertidaF (http://www.antenna-theory.com/phpbb2/viewtopic.php?
t=776&sid=dede0d4127170d16cc3a583ab0929f3e)
Algunas notas generales sobre antenas 8http://fab.cba.el
mit.edu/clases/862.16/notas/antenas.pdf)
Preguntado el 12 de Octubre, 2018 por ahemmetter
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Respuestas
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krgrant Puntos 11
Mejor Respuesta

La impedancia de entrada de ciertos dispositivos o circuitos (transformadores) no
necesariamente necesita para que coincida con su impedancia de salida.
Considere la posibilidad de un 50Ω (o lo que sea impedancia) de la antena como un
transformador que transforma 50Ω (alambre) para 377Ω (espacio).
La impedancia de la antena no es (sólo) dado por la impedancia del espacio libre, sino
(también) por la forma en que está construido.
De modo que la antena no coincida con la impedancia del espacio libre (en un lado); y,
idealmente, también la impedancia del circuito (en el otro lado).
Desde el espacio del lado de la impedancia es siempre el mismo (para todos los tipos de
antenas que se opera en el vacío o el aire), no necesitan ser mencionadas.
Sólo la parte del cable es lo que usted necesita y puede importan.
La razón 50Ω o 75 Ω o 300Ω o ... es catalogadas como las impedancias de la antena es
por motivos de orden práctico para la construcción de particular antenas/líneas de
transmisión/amplificadores con que la impedancia.
Una posible ansatz para el cálculo de la resistencia a la radiación R de una antena es:
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p
[Solucionado] ¿Por qué a menudo se elige 50 Ω como la impedancia de | antena
p
Encontrar una respuesta a la pregunta: "¿Cuánto poder P (promedio en un período) es
irradiada si una señal senoidal de voltaje (o corriente) de amplitud V0 (o I0 ) se aplica a la
antena?"
Entonces usted consigue R
V
=
2
0
2P
(o =
2P
I
2
)
0
Usted obtener energía irradiada P mediante la integración del vector de Poynting S
(=potencia radiada por unidad de área) a través de la esfera que encierra a la antena.
El vector de Poynting es S
=
1
μ0
E × B
donde E y B son eléctricos/campos magnéticos
causados por las tensiones y las corrientes en la antena.
Usted puede encontrar un ejemplo de un cálculo en la Wikipedia acticle acerca de "antena
Dipolo", en el párrafo Dipolo Corto.
Respondido el 12 de Octubre, 2018 por krgrant (11 Puntos )
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Kip Diskin Puntos 11
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50 ohmios es una convención. Es mucho más conveniente si una habitación llena de
equipos todos los usos de la misma impedancia.
¿Por qué es la convención? Porque coaxial es muy popular, y porque el 50 ohmios es un
buen valor para el cable coaxial de la impedancia, y es un bonito número redondo.
¿Por qué es un buen valor para el cable coaxial? La impedancia del cable coaxial es una
función de la relación de los diámetros de la pantalla de protección y conductor de centro,
y el material dieléctrico utilizado:
138
Z0 =
D
log
√ϵ
10
(
)
d
O se cambian de manera algebraica:
D
= 10
√ϵZ0 /138
d
donde:
Z0
ϵ
es la constante dieléctrica (aire es 1, PTFE es de 2.1)
D
d
es la impedancia característica del cable coaxial
es el diámetro de la superficie interior del escudo
es el diámetro de la superficie exterior del conductor central
Como la impedancia característica aumenta, el conductor de centro debe ser menor si el
escudo de la geometría y material dieléctrico se mantienen constantes. Para Z0
= 377 Ω
,
y PTFE dieléctrica:
D
= 10
√2.1 377/138
= 9097
d
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Así que para un cable coaxial con un diámetro exterior de 10 mm (RG-8, LMR-400, etc,
son aproximadamente de este tamaño), el centro de conductor tendría que ser de 10 mm /
9097 = 1.10 micromedidores. Que increíblemente bien: si incluso podría ser fabricados
con cobre sería extremadamente frágil. Además de la pérdida sería muy alta debido a la
alta resistencia.
Por otro lado, el mismo cálculo con Z0
= 50 Ω
de los rendimientos de un conductor
interno de aproximadamente 3 mm, o de calibre 9 de alambre. Fácil de fabricar,
mecánicamente robusto, y con suficiente superficie para resultar en aceptablemente baja
pérdida.
OK, así que 50 ohmios es una convención, ya que funciona por el cable coaxial. Pero,
¿qué acerca de espacio libre, que no podemos cambiar? Es eso un problema?
De verdad que no. Las antenas son de la impedancia de los transformadores. Una
resonancia alambre dipolo es una muy fáciles de construir la antena, y tiene un feedpoint
impedancia de 70 ohmios, no 377.
No es un concepto extraño. El aire y otros materiales también tienen una acústica
impedancia, que es la relación de presión para flujo de volumen. Es análoga a la de
impedancia eléctrica que es la relación de voltaje a corriente. En algún lugar de su casa
que usted probablemente tiene un altavoz (tal vez un subwoofer) con un cuerno en esto:
que el cuerno es que hay que tomar muy baja la impedancia acústica del aire y
transformarlo en algo superior para que coincida mejor con el conductor.
Una antena sirve la misma función, pero de ondas eléctricas. El espacio libre en la que la
antena irradia tiene un fijo de 377 ohmios de impedancia, pero la impedancia en el otro
extremo depende de la geometría de la antena. Anteriormente se ha mencionado, una de
resonancia del dipolo tiene una impedancia de 70 ohmios. Pero flexión que dipolo de
modo que se forme una "V" en lugar de una línea recta disminución de la impedancia. Una
antena monopolo tiene la mitad de la impedancia de la antena: 35 ohmios. Un dipolo
doblado cuatro veces la impedancia de la simple dipolo: 280 ohmios.
Más complejos de la antena geometrías puede resultar en cualquier feedpoint impedancia
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te gusta, así que, aunque técnicamente sería posible el diseño de una antena con un
feedpoint impedancia de 377 ohmios, pero no queremos usar el cable coaxial por las
razones arriba. Pero quizá el doble de plomo , a pesar de que no hay ninguna ventaja en
particular a 377 ohmios doble de plomo.
Al final del día, el de la antena de trabajo, por definición, es convertir una onda en un
medio (espacio libre) en una ola en otro medio (un feedline). Los dos lo general, no tienen
la misma impedancia característica y por lo tanto una antena debe ser una impedancia del
transformador para hacer el trabajo de manera eficiente. La mayoría de las antenas de
transformar a los 50 ohmios debido a que la mayoría de la gente quiere usar de 50 ohm
coaxial feedlines.
Respondido el 13 de Octubre, 2018 por Kip Diskin (11 Puntos )
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Maciek Sawicki Puntos 1418
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Todas las respuestas nombre de algunos puntos válidos, pero no realmente responder a la
pregunta que quiero repetir para mayor claridad:
Why is 50 Ω often chosen as the input impedance of antennas, whereas the free
space impedance is 377 Ω?
El Corto Y Simple De La Respuesta
Estos dos impedancias no tienen ninguna relación en absoluto. Se describen las
diferentes fenómenos físicos: la antena impedancia de entrada no está relacionado con el
377 Ω en el espacio libre de la impedancia. Es sólo por casualidad que la unidad de
ambos términos es el mismo (i,e., Ohmios). Además, 50 Ω es sólo un valor común para las
impedancias de la línea etc., ver las otras respuestas.
Básicamente, la resistencia de entrada de una antena, cualquier otra resistencia, y las
líneas de transmisión de las impedancias de circuito son descripciones de nivel para el
manejo de tensiones y corrientes, mientras que el espacio libre de la onda de la
impedancia es para los campos eléctricos y magnéticos.
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La Respuesta Larga
La primera de la impedancia de los mencionados en la pregunta es la impedancia de
entrada de la antena, que es una suma de la resistencia a la radiación y las pérdidas. Se
relaciona con las corrientes de I y voltajes V en un circuito-descripción del nivel, es decir,
V
R =
.
I
Esta impedancia de la resistencia es el mismo tipo que el de la línea de transmisión de
impedancia de las líneas coaxiales o líneas microstrip, ya que estos también son definidos
a través de los voltajes y las corrientes.
La segunda impedancia es una resistencia de onda de los campos, que describe la
proporción de las eléctricas (E ) y magnético (H ) de los campos. El espacio libre de la
impedancia, por ejemplo, se da como
E
Z0,f ree
space
=
H
= π119, 9169832 Ω ≈ 377 Ω .
Podemos ver que los campos y los voltajes tienen una relación que puede cambiar con la
geometría, etc, o podría no haber una definición única de tensiones (por ejemplo, en un
hueco de la guía de onda).
Para hacer esta falta de relación de estos tipos de impedancias más claro, un ejemplo
puede ayudar. En el caso muy simple de la TEM de la onda en el interior de un cable
coaxial, sabemos cómo calcular la línea de transmisión de impedancia basado en la
geometría como
Z0,coax =
μ0
1
2π
√
ϵ0
ln
router
,
rinner
si suponemos que el material de relleno es de vacío. Esta es una línea de transmisión de
impedancia para las corrientes y tensiones de esta línea, y esta es la impedancia de línea
que se deberá ajustar la impedancia de entrada de una antena.
Sin embargo, echando un vistazo a los campos en el interior del cable, nos encontramos
con que el campo eléctrico tiene sólo la componente radial (valores exactos son
irrelevantes en este contexto)
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1
Er ∝
.
r ln(rinner /router )
Más interesante aún, el B campo tiene sólo un ϕ-componente, que es una versión a
escala de la eléctrica radial campo
k
Bϕ =
ω
1
Er =
c
Er ,
donde c es la velocidad de la luz, que es de espacio libre (!) debido a que el medio en el
interior es el espacio libre. Mediante el uso de
B = μH ,
por fin sabemos la phi-componente del campo magnético como
√ϵ
Hϕ =
√μ
Er = Z0,f ree
space Er
,
Por lo tanto, la relación de los campos eléctrico y magnético es constante y por medio de
dependientes; sin embargo, no dependen de la geometría del cable.
De espacio libre en el interior del cable coaxial, la resistencia de onda es siempre
aproximadamente 377 Ohmios, mientras que la impedancia de línea es dependiente de la
geometría y puede tomar cualquier valor posible de casi cero a valores muy altos.
Conclusión Y Comentarios Finales
Si nos fijamos de nuevo en el ejemplo del cable coaxial y dejarlo abierto en el extremo, el
logro de una línea de impedancia de ~377 Ω no se refieren a nada acerca de los campos.
Cualquier cable coaxial lleno de aire tiene una resistencia de onda de ~377 Ω, pero esto
no ayuda a hacer el open trozo de cable coaxial de una buena antena. Por lo tanto, una
buena definición de la antena no se refieren en absoluto a la de impedancias, pero lee
An antenna is a transducer from a guided wave to an unguided wave.
Respondido el 15 de Octubre, 2018 por Maciek Sawicki (1418 Puntos )
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john crisp Puntos 51
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<p>La resistencia a la radiación, <span class="math-container">\
Rr $ < /span >, deundipolodemediaondaes < spanclass =" math − container ">
\small
73\Omega
< /span >. Estoserelacionadirectamenteconlaimpedanciadelmismo, esdecir, set
</span> se relaciona con la impedancia de espacio libre (es decir, la impedancia vista por
una onda E-M en espacio libre), pero no es igual a él.</p>
Respondido el 12 de Octubre, 2018 por john crisp (51 Puntos )
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Baruch Atta Puntos 21
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"...Con el fin de cumplir de manera eficiente la energía a una parte diferente de un circuito
sin reflexión, las impedancias de todos los elementos del circuito deben coincidir...."
Esta es su suposición. Y es correcto, pero no en el caso de las antenas.
Porque en las antenas, tenemos la "reflexión". La energía aplicada al punto de
alimentación (en un dipolo, por ejemplo) se desplaza hacia abajo hasta el final del
alambre, y se refleja de vuelta hacia el punto de alimentación, donde (si resonante), nos
encontramos con un voltaje o corriente de 180 grados fuera de fase, por lo tanto la
cancelación, y representada por el (así llamado) onda estacionaria.
Así, la potencia aplicada rebota hacia atrás y adelante en el cable de la antena hasta que
todos se irradia o se pierde como calor. Así que no importa si la impedancia de la antena
es diferente de espacio libre. Lo que realmente importa, en la práctica, si la energía es
reflejada de nuevo en el transmisor y se calienta el final de aplicaciones de dispositivo,
desperdiciando así la potencia/energía appliled. Esto sucede cuando la impedancia de la
final de la amp no coincide con el sistema de la antena (línea de transmisión de más de la
antena). Pero una vez que el sistema de antena es comparable a la del transmisor, casi
toda la energía se transmite a espacio libre (a excepción de la resistencia en el cable, que
es generalmente insignificante. O eso me han dicho.
Respondido el 12 de Octubre, 2018 por Baruch Atta (21 Puntos )
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