¿Cuál es la relación entre la longitud de la antena y la potencia?

Cualquier antena de longitud puede emitir cualquier cantidad de energía a cualquier frecuencia, dentro de la limitación de que la corriente sea tan grande como para fundir el cable. Creo que este es un argumento teórico, así que supongamos que es un cable perfecto, que no tiene resistencia, que por lo tanto puede manejar una corriente infinita.

Cada longitud de antena tiene alguna impedancia conocida en cada frecuencia. Las partes imaginarias de esta impedancia hacen que la antena parezca inductiva o capacitiva para el transmisor. Estos no pueden disipar el poder. Desde el punto de vista puramente de conservación de la energía, debería ser obvio que las partes imaginarias de la impedancia representan solo la energía temporalmente almacenada en una parte del ciclo y liberada en otra. Solo la parte resistiva (la parte real) de la impedancia parece una pérdida de potencia para el transmisor. Esta potencia perdida en el transmisor es la potencia que irradia la antena.

Para irradiar una potencia particular, debe conducir la antena con una señal lo suficientemente grande como para que la potencia en la parte resistiva de la impedancia de la antena sea la potencia que desea irradiar.

Ese era el argumento teórico. Sin embargo, en la práctica, la parte real de la impedancia es muy pequeña y está saturada por la parte imaginaria a menos que la longitud de la antena sea "larga" (relativa a la longitud de onda) o un múltiplo impar de 1/2 de la longitud de onda. Con los múltiplos impares de 1/2 longitud de onda para un dipolo (una longitud de alambre central con un corte entre los dos puntos de alimentación), la reactancia (la parte compleja de la impedancia) se cruza entre capacitivo e inductivo y resulta ser cero . Esto significa que la antena parece una resistencia pura a esa frecuencia . Esto hace que sea mucho más fácil usar la antena para irradiar una potencia significativa. Cuando la impedancia de la antena es en gran parte reactiva con un componente resistivo pequeño, el voltaje requerido para alcanzar la potencia que desea puede ser muy grande. Cualquier transmisor que intente producir ese voltaje también debe lidiar con la mayor parte de la energía que está generando (debe poder conducir una carga altamente inductiva o capacitiva). Esto significa que las corrientes son altas, lo que provoca una pérdida en la línea de transmisión entre el transmisor y la antena. Es por estas razones que uno elige antenas de tamaño específico para frecuencias específicas, no porque de lo contrario la radiación sea imposible. Es perfectamente posible, pero no práctico.

Hay un truco que se puede usar para hacer que las antenas con grandes componentes reactivos parezcan resistentes a un transmisor. Esto es mediante la colocación de inductores y / o condensadores en serie y en paralelo con la antena. Si se realiza correctamente, estas impedancias reactivas se suman a la impedancia de la antena para cancelar los componentes reactivos, dejando solo la resistencia. Otra forma de ver lo mismo es que la reactancia adicional junto con la reactancia existente de las antenas forma un circuito de tanque resonante a la frecuencia de interés. Este circuito del tanque produce los voltajes y corrientes grandes necesarios para impulsar la antena, de modo que el transmisor solo necesita producir el mínimo para impulsar la parte resistiva. Para obtener más información sobre esto, busque algo llamado Smith chart . Ese es un medio gráfico para determinar los componentes reactivos adicionales que se agregarán para que toda la red se vea resistente a una resistencia en particular.

En la práctica, incluso esta estrategia es limitada. Esto se debe a que la antena en sí todavía requiere altos voltajes y corrientes para irradiar energía a una frecuencia inconveniente. Los condensadores reales, los inductores e incluso los cables tienen límites y pérdidas reales, por lo que esta estrategia solo puede llevarse hasta ahora en la práctica.

No sé qué quiere decir con antena cilíndrica sólida , pero lo más parecido a mí es el medio dipolo con plano reflectante, también llamado antena Marconi .

Otra consideración antes de comenzar: el diámetro del cilindro no ayuda a la radiación, es solo para fines de conductividad y mecánicos.

Al construir una antena como esa, hay dos factores importantes a considerar: la directividad y la impedancia. El primero significa cómo puede concentrar la radiación, el segundo es qué tan eficientemente puede transferir la energía a la antena (solo se irradia energía activa en el campo lejano).

Entonces, la impedancia de la antena para un dipolo (similar para el medio dipolo) es así:

Comopuedever,tieneunaespeciedecomportamientoperiódico,porloquedeberíatrabajarconmúltiplosde\$(2N-1)\lambda/4\$,delocontrario,tieneunaimpedanciadeimputacióninfinitayunapotenciadebyebye.

Sobrelaradiación,lasituaciónnoesmuchomejor:eldiagramaderadiaciónparaeldipolodelongitud/ondadecambioeslasiguiente:

Como puede ver, no hay un beneficio real en empujar más de \ $ \ frac {2} {3} \ lambda \ $, considerando nuevamente que para L = lambda la impedancia es infinita.

Donde se puede ganar con longitud es usando arreglos de banda ancha: estos se usan en la radiodifusión, y son una serie de antenas colocadas en la misma línea vertical y alimentadas con una determinada fase recíproca. Tiene una radiación omnidireccional en el plano xy y muy direccional en cada plano z.

Por cierto, cuando utiliza una antena larga, es porque opera a bajas frecuencias, no porque se irradie mejor. El tamaño es útil con matrices, en su mayoría.