Antenas y planos de tierra

Hay muchos, muchos diseños diferentes para antenas, y algunos diseños son bastante inusuales. Las antenas suelen utilizar un plano de tierra, pero esto no es un requisito estricto. Una antena de bucle y un dipolo son dos ejemplos que no requieren un plano de tierra.

Los requisitos básicos para una antena son:

1. un buen partido para el circuito que lo conduce (y casi siempre resonante a la frecuencia de operación), para que la mayor potencia posible pueda ser poner en la antena, y

2. tiene una corriente que fluye a lo largo de su longitud, de modo que el resultado los campos irradian esa energía hacia el espacio. (Las antenas receptoras son solo este proceso a la inversa).

El artículo (2) explica por qué no puedes simplemente pegar un pequeño circuito de tanque en una placa y esperar que se irradie de manera eficiente.

El ítem (1) generalmente se refiere al tema de "sintonización", donde se pone la antena en resonancia o donde se diseñó para ser sintonizado. Una antena dipolo es efectivamente una longitud resonante de cable roto en el medio para permitir que se inserte el punto de alimentación. Una antena de "plano de tierra" quita la mitad del dipolo y sustituye al plano de tierra por eso. La inductancia del elemento radiante funciona con la capacitancia entre éste y el plano de tierra para formar el circuito resonante que proporciona a la antena la sintonización adecuada. Cuando se usa de esta manera, el plano de tierra se puede llamar "contrapeso".

Una antena helicoidal enrolla un poco el radiador, para aumentar la inductancia y acortar la longitud. Acortar la antena afecta su rendimiento, como se mencionó anteriormente.

Hasta ahora, tenemos un radiador enrollado que sobresale por encima del plano del suelo. Pero tienen una versión de montaje en superficie que es paralela al tablero. No puedo decir en la hoja de datos si ambos extremos están conectados, pero tengo que adivinar que uno de los extremos todavía está abierto ... solo está soldado para mantenerlo en su lugar. Si lleva esta disposición demasiado cerca del plano de tierra, agregará capacitancia al circuito y lo desintonizará en una frecuencia más baja. Parte de la energía también se acoplará al suelo y se perderá, o al menos alterará el patrón de radiación deseado.

  

"Siempre pensé que básicamente deberías tener tu punto de alimentación de antena   directamente sobre (o incrustado en un orificio pasante) un plano de tierra "

Esto solo es cierto para algunas antenas.

Más generalmente : intente mantener la antena lo más alejada posible de cualquier material conductor de electricidad, especialmente de superficies metálicas.

Excepción: con cada antena viene una configuración de campo específica (campo E y campo H). Las superficies metálicas son finas siempre que sean estrictamente perpendiculares al campo E El problema con las superficies conductoras es que cortocircuitan el campo E (lo forzan a 0). Mientras el campo E toque la superficie estrictamente perpendicular, la superficie es equipotencial con respecto al campo E, y la configuración del campo permanece intacta.

La excepción se cumple generalmente cuando hay una propiedad simétrica en su antena. P.ej. un di-polo completo tiene dos ejes, punto de alimentación en el medio. En el plano perpendicular al dipolar, justo en el punto de alimentación, el campo E pasa a ser perpendicular al plano. Por lo tanto, puede reemplazar un eje del di-polo por un "plano de tierra", punto de alimentación exactamente donde el ahora mono-polo toca el plano de tierra. Esto también es cierto para algunas otras antenas de uso común.

Por otro lado, puede usar el efecto como parte del diseño de la antena para forzar el campo E en alguna configuración. Esto se hace, por ejemplo. en algunas antenas direccionales.

Campo cercano vs. Campo lejano : el campo de una antena se puede clasificar en campo cercano y campo lejano. Las perturbaciones de campo en el campo cercano son generalmente catastróficas con respecto al rendimiento de la antena prevista, las perturbaciones de campo en el campo lejano solo afectan el rendimiento en la dirección de la perturbación. En cuanto a dónde termina el campo cercano y el comienzo del campo lejano no es obvio: algunas antenas son más sensibles que otras. Como regla general: todo a 3-5 lambdas de distancia es definitivamente un campo lejano. Cualquier cosa más cercana puede o no interferir con las características de la antena, modificando su frecuencia central, directividad, emparejamiento, ...

La antena de hormigón a la que se refiere tiene una forma helicoidal. Esta tesis sobre antenas helicoidales instala antenas helicoidales utilizando dos modelos:

1. di-polo plegado (circunferencia < < longitud de onda): se comporta aproximadamente como un di-polo
2. antena helicoidal de radiación axial (circunferencia ength longitud de onda)

A juzgar por el diagrama de radiación, la antena que se está considerando está en algún lugar entre esos dos extremos, al menos cuando está montada perpendicular al plano de tierra. En este caso, el campo E es estrictamente perpendicular al plano de tierra. El punto de alimentación debe estar justo en el plano del suelo y el plano de tierra debe extenderse óptimamente unos centímetros en todas las direcciones alrededor del punto de alimentación.

Si la antena se monta paralela al plano de tierra, cortocircuitará la E-archivada. El plano de tierra cambiará profundamente la configuración de campo cercano y, por lo tanto, debe considerarla como parte de la configuración de la antena. En efecto, ahora estás mirando una antena totalmente diferente, por lo que la teoría en la tesis vinculada ya no se aplica. Apuesto a que la antena también inducirá un nivel justo de HF en el plano de tierra (normalmente se considera problemático). Como puede ver en el diagrama de radiación, la nueva antena también es bastante direccional, con una radiación prácticamente nula en la dirección del plano de tierra.

No tengo idea de por qué es ventajoso mantener una distancia mínima entre la antena y el plano de tierra. Tal vez para contener las pérdidas en el plano de tierra, pero también podría ser debido a un ajuste o ajuste o directividad o todo combinado.

Cita de la página 10 del documento "Mejora del rendimiento de una etiqueta de identificación de radiofrecuencia Antenna en una base de metal Plano ":

  

Cuando la antena de metal   la distancia de separación es mucho menos que un cuarto de una longitud de onda, las propiedades de la antena   comenzar a sufrir porque la onda reflejada tiene un cambio de fase que se aproxima a 180 grados,   y un cambio de fase de 180 grados causa una interferencia destructiva total con la señal   directamente desde la antena.

No es la misma forma de antena (¿verdad?) pero espero que sea información útil.

También es potencialmente útil: "Los efectos de un plano de tierra de metal en las antenas de etiquetas RFID" .

Tampoco soy un experto en RF, pero me gustaría publicar mi experiencia como respuesta porque el cuadro de comentarios parece demasiado abarrotado.

Y sí, eso es realmente raro! Con todas las antenas con las que trabajé, el punto de alimentación de la antena siempre estuvo sobre un plano del suelo, la traza de RF a la antena cumple una cierta distancia y grosor máximos ... donde se conecta (en mi caso) a las antenas plegadas / desplegadas impresas en PCB La antena es el borde sin plano de tierra.

Muchos documentos sugieren cómo ajustar la impedancia para que coincida con la frecuencia, pero según mi experiencia manteniendo el RF cerca de la PCB impresa, puedo usar un balun sin componentes de sintonización adicionales y todo funciona bien.

Me di cuenta de que estás hablando de 433 mhz. La mayor parte de mi experiencia está en 2.4ghz.

Es posible que en las frecuencias de subgiga su punto de alimentación no necesite estar sobre un plano de tierra, siempre que su bobina compense la frecuencia ... lo cual no es tan exacto en estas frecuencias.

Este documento de TI , éste también y también esto uno podría ayudarlo a comprender mejor cómo lidiar con su ingeniería. Se refiere a las frecuencias comunes utilizadas y cómo solucionar problemas de rf.

No puedo ofrecer una respuesta definitiva, ya que el mundo de RF es muy complicado y sensible. Aunque espero que esto pueda ayudarte a encontrar tu respuesta.

Mirando el diagrama, están mostrando una disposición de montaje en superficie (las almohadillas están a la misma distancia que la longitud de la bobina) y creo que la "distancia desde el plano del suelo" de 0.5 pulgadas es suficiente espacio para acomodar la Bobina de .35 pulgadas de diámetro. Creo que la idea es evitar que toda la antena quede plana contra una capa de tierra de cobre a una fracción de milímetro de distancia. Intentan evitar los efectos capacitivos parásitos que podrían causar