¿Por qué algunas antenas de radio requieren un camino a tierra y otras no?

Disculpas por la respuesta larga: es un tema complicado. He tratado de centrarme en los puntos principales. No pretende ser un tratamiento integral de las antenas.

Tierra y tierra.

Si por 'tierra' te refieres a estar físicamente conectado a la Tierra, la respuesta es claramente no, de lo contrario los satélites de comunicaciones o las sondas espaciales no funcionarán. Si por "tierra" quiere decir un punto en el circuito al que se hace referencia a todos los demás voltajes en un circuito (0V), entonces la respuesta es sí.

Las antenas funcionan transmitiendo o recibiendo una onda electromagnética. (Ver Maxwell, Hertz, et al.)

La onda EM: tipos y formas de antena:

Las ondas EM se pueden detectar desde su campo eléctrico o su campo magnético (o ambos). La onda también puede polarizarse , por lo que las antenas también se pueden optimizar para esta polarización. La 'ganancia' de una antena puede aumentarse al hacerla direccional, agregarle elementos adicionales o usar reflectores con forma. Por lo tanto, la gran variedad de formas y tamaños y diseños de apariencia sencilla para optimizar la recepción (o transmisión) en diferentes longitudes de onda.

Elmonopolo"simple".

Una antena vertical (la que se usa comúnmente con un juego de cristales) detecta el campo eléctrico. Esto mueve la carga 'arriba y abajo' de la antena produciendo una corriente alterna pequeña pero medible. El efecto es mayor cuando las dimensiones físicas de la antena coinciden con la longitud de onda de la onda EM. (ver efectos de resonancia) No requiere que la antena esté conectada a nada .

Este tipo de antena es omnidireccional.

Acoplar la señal (débil) al receptor requiere sintonización y ajuste de impedancia. Para una antena, esto se realiza con el circuito sintonizado LC (Tanque). El circuito sintonizado ampliará una banda de frecuencia estrecha seleccionada (ver factor Q). La bobina de sintonización puede ser girada (como en un autotransformador) o se puede usar una bobina separada para optimizar la carga en la antena, ya que parte de la energía se transfiere al circuito de la "radio". Tomar demasiada energía amortiguaría la respuesta. Mantener un alto factor Q le permite separar fácilmente las transmisiones individuales. (Selectividad)

Para maximizar este efecto, la longitud de la antena debe estar relacionada con la longitud de onda de la señal. La tierra (tierra) actúa como una superficie reflectante ( no como un conductor de retorno ) y puede duplicar la longitud efectiva de la antena, produciendo una antena dipolo. Este efecto de plano de tierra se puede mejorar usando una hoja de metal (buen conductor) o incluso alambre.

Lamatrizyagicomún(antenadeTV)demuestraestaidea.Laseñalsetomadeundipoloplegado.Losotroselementossondipolos(polarizadoshorizontaloverticalmenteoambos).Estosactúancomoantenaspasivasyretransmitenlaondaentranteconuncambiodefaseparaqueaumentelaintensidaddelaseñalenlaantenaprincipalreceptora.Elyagiessensiblealadirección.

Radios portátiles.

La captación aérea en una radio portátil es una bobina envuelta alrededor de una barra de ferrita. (una antena de bucle) y detecta el componente del campo magnético de la onda EM. Este cambio de campo magnético induce una tensión en la bobina. La bobina forma un circuito sintonizado con un condensador variable. Una segunda bobina de 'salida' o tal vez una 'toma' en la impedancia de la bobina primaria coincide con el circuito del amplificador sin cargar el circuito sintonizado, produciendo una antena muy afinada.

Las antenas de bucle son muy direccionales, como podrá observar fácilmente al girar la radio portátil 360 grados.

Tengaencuentaqueunextremodelcircuitosintonizadoestáconectadoala'tierra'o0Vdelrestodelcircuitoderadio.Tambiénpuedeagregarunasegundaantena(unalongituddecableoantenadelátigo)generalmenteconectadaporunpequeñocondensadoralextremo"caliente" de la bobina o tal vez una bobina separada en la barra de ferrita. Esto atrae al componente del campo eléctrico de la señal y mejora la recepción.

Las radios portátiles solían tener antenas de bucle de ferrita, una bobina enrollada alrededor de un núcleo de ferrita. Estas antenas no necesitan conexión a tierra, pero la bobina es direccional, por lo que es posible que tenga que apuntar la radio en cierta dirección para recibir una buena señal.

Las antenas Yagi (de haz) tampoco requieren conexión a tierra, pero las antenas simples de cable largo (como para su conjunto de cristales) requieren una conexión a tierra.

Todo depende del diseño de la antena.