¿Por qué se usa la "longitud de onda" como unidad para la longitud de una antena?

Las antenas están diseñadas para funcionar a una frecuencia específica, y las dimensiones físicas de una escala de antena con la frecuencia de diseño. En el caso de una antena dipolo, cosas como la ganancia y la directividad de la antena dependen de la longitud en longitudes de onda, conocida como la longitud eléctrica. Entonces, si sabe que la antena es, por ejemplo, un dipolo de 1/2 onda, inmediatamente sabrá cómo se ven la ganancia, la directividad y el patrón de radiación. Si la longitud se especificara en metros, también tendría que conocer la frecuencia de diseño para poder calcular la longitud eléctrica en longitudes de onda para determinar las características de la antena. Además, es posible utilizar técnicas de alargamiento eléctrico que hacen que la antena se comporte eléctricamente como si fuera más larga que su longitud física, lo que complica las cosas cuando se conoce solo la longitud física pero no la longitud eléctrica.

Observaré que es convencional para algunos tipos de antenas especificar el tamaño en longitudes de onda, y para otros en metros. Por ejemplo, las antenas dipolo se especifican muy comúnmente en términos de su longitud eléctrica en longitudes de onda, mientras que las antenas parabólicas se especifican comúnmente por su diámetro en metros.

No solo es una buena práctica indicar la longitud en \ $ \ lambda \ $, sino que también es importante especificar el tipo, por ejemplo, monopolo o dipolo. Considere un monopolo y observe la impedancia que presenta al circuito al que está conectado: -

Un monopolo de cuarto de onda típico tiene reactancia cero (línea magenta) y tiene una resistencia a la radiación de aproximadamente 37 ohmios (aunque es un poco difícil obtener un valor preciso del gráfico anterior). Si se tratara de un dipolo de media onda, tendría el doble de resistencia a la radiación que un monopolo de cuarto de onda, por lo que simplemente decir que una antena de 10 metros no indica nada importante para el diseñador.

Pero los monopolos pueden ser cortos y es útil saber uno que sea de una décima \ $ \ lambda \ $ porque un diseñador podría estimar en su frecuencia óptima que sería capacitivo en -j500.

Un coche rápido no es necesariamente un Ferrari o un Lamborghini

En realidad, esta es una pregunta muy básica sobre las aplicaciones de alta frecuencia (HF). Si se está hablando de HF, la longitud de onda es corta en comparación con la línea de transmisión, lo cual es el caso de una antena. La longitud de onda está dada por $$ \ lambda = \ frac {c} {f} \,. $$ La frecuencia \ $ f \ $ es la frecuencia de operación. La velocidad de propagación \ $ c \ $ está dada por $$ c = \ frac {1} {\ epsilon_0 \ epsilon \ cdot \ mu_0 \ mu} \,. $$ Si tenemos espacio libre, \ $ \ epsilon \ $ y \ $ \ mu \ $ son uno y \ $ c \ $ se simplifica a la velocidad de la luz \ $ c_0 \ $. Si hay material dieléctrico, en el que se propaga una onda, la velocidad de la onda depende de estos dos parámetros (\ $ \ epsilon \ $, \ $ \ mu \ $).

Entonces, la cantidad de cómo se está propagando la onda es importante en el diseño de una antena. Con la longitud de onda \ $ \ lambda \ $, se puede ver directamente, qué dimensiones tiene la antena, sin más cálculos.

\ $ I \ $ muestra la distribución actual y \ $ V \ $ la distribución de voltaje en una antena dipolo de media onda. Entonces, uno puede ver que \ $ \ lambda = 2 \ pi \ $, donde \ $ 2 \ pi \ $ es un período de la distribución de voltaje / corriente. La distribución actual sobre el dipolo juega un papel importante e.q. Para el patrón de radiación. Por lo tanto, tiene sentido dar la cantidad \ $ \ lambda \ $ para tener una idea directa de la distribución actual sobre el trozo de cable.

Además, la longitud de onda es solo una longitud, por lo que su cantidad se da en unidades SI, por ejemplo, metros $$ [\ lambda] = \ mathrm {m} \,. $$

Tal como comentó PlasmaHH, las propiedades de una antena dependen de su longitud de onda. Esta longitud de onda es dependiente de la frecuencia. Por lo tanto, puede tener dos antenas con la misma longitud con una impedancia diferente para dos frecuencias diferentes, de modo que una de las antenas podría ser una antena de longitud de onda completa para la frecuencia 1, mientras que la otra puede ser una antena de un cuarto de onda para la frecuencia 2.

En Conceptos básicos de la antena explicarán la diferencia entre las diferentes longitudes de antena:

  

Onda 1/4: un solo elemento radiante de aproximadamente 1/4 de longitud de onda larga.   Directividad 2.2 dBi, 0 dBd. Ola 1/4 cargada

     

1/2 onda: Un solo elemento radiante 1/2 longitud de onda larga. Directividad   3.8 dBi, 1.6 dBd. Un diseño especial es el final alimentado 1/2 ola.

  

La longitud de onda no es una constante fija y varía de una onda a otra. Entonces, ¿por qué una antena se mide en términos de longitud de onda?

     

¿Cuál es la importancia de la longitud de onda como unidad de longitud de antena?

Debido a que diferentes longitudes de onda (frecuencias) requieren antenas de diferente longitud. El tamaño de la antena debe ajustarse muy bien a la longitud de la onda con la que se supone que debe trabajar.

  

Hay fórmulas para calcular la longitud de la antena en metros (aquí), pero ¿por qué las longitudes de las antenas no se describen en metros en primer lugar y por qué tenemos que usar fórmulas para convertir la longitud de onda en metros?

¿Por dónde empiezas cuando estás construyendo una antena? Usted comienza con "¿en qué longitud de onda (frecuencia) operará?". Por lo tanto, comienzas con la longitud de onda y esos son tus datos de entrada. Así que las fórmulas están diseñadas para trabajar en esta dirección: ingresa la longitud de onda (o frecuencia) y le indica las dimensiones requeridas de su antena.

Nunca empiezas con medidores y preguntas "¿en qué frecuencia funcionará?" (excepto en los casos excepcionales en los que encuentras basura vieja en el ático y tratas de averiguar qué demonios es)

El diseño de la antena descrito en unidades absolutas se bloquearía en una sola frecuencia, por lo tanto (casi) inútil para cualquiera que necesite otra frecuencia.

La respuesta:

Comenzamos con la longitud de onda para llegar a los medidores porque diseñamos antenas para que coincidan con una frecuencia determinada, no diseñamos frecuencias para que coincidan con una antena determinada.

El mismo diseño de antena se puede usar para una variedad de diferentes longitudes de onda. La longitud de onda en el diagrama de diseño de la antena es una variable. Para construir la antena, debe sustituir la variable de longitud de onda en el diagrama con el valor de longitud de onda real (por ejemplo, metros, pulgadas) correspondiente a la frecuencia primaria que desea que reciba la antena.