¿Cómo puedo maximizar la cantidad de energía que recibe una antena?

Tenga en cuenta que soy muy nuevo en el diseño eléctrico y solo tengo un curso de circuito de nivel principiante en mi haber.

Estoy tratando de construir una radio AM y, aunque hay muchos tutoriales para esto, ninguno responde a esta pregunta específica sobre el diseño de un receptor. El mejor recurso que he encontrado hasta ahora es: http://www.antenna-theory.com/basics/gain.php , pero parece estar hablando de enviar (no recibir) señales.

Me gustaría saber cómo puedo hacer/modificar un receptor para poder maximizar la cantidad de energía que obtendrá de la onda portadora.

¿Hay algún recurso muy bueno sobre la fabricación de receptores que explique las matemáticas y la teoría? Por favor, indícame en la dirección correcta para que pueda obtener algo de comprensión y superar este proyecto.

Las antenas de recepción y transmisión son idénticas en términos de dimensiones, por lo que puede utilizar los mismos cálculos para maximizar la eficiencia de recepción.
RF no es mi enfoque, pero el elemento más importante es 1/4 de longitud de onda portadora. Si es más corto que esto, debe cargar la antena de forma inductiva, y si es más largo, debe cargar la antena de forma capacitiva. Esto cambia los componentes reactivos para cancelarse entre sí y hacer que la recepción sea puramente resistiva. Busque 'longitud eléctrica'.
¿Está tratando de extraer energía de una transmisión de radio?
@Andyaka No extraer energía, sino maximizar la energía recibida. Hubo un diseño anterior que falló porque la potencia recibida no fue suficiente para ingresar al circuito del amplificador de RF.
Lo que somos son los parámetros del transmisor y del receptor. Es muy posible que se pueda proporcionar una respuesta más específica.
@Andyaka El diseño anterior solo consistía en un receptor para la banda de radio AM. El objetivo era crear un receptor que escuchara la frecuencia de 570 kHz. Se probaron los diversos componentes (antena, amplificador de RF, demodulador, amplificador de audio) y en condiciones ideales (al lado de un osciloscopio) la radio funcionó. Pero se encontró que la antena no recibió suficiente potencia. Así que estoy investigando antenas para averiguar por qué. La antena era un objeto cilíndrico (3 cm de radio) envuelto con unas 40-70 vueltas de alambre de cobre para formar un bucle cerrado.
@Andyaka En este punto, estoy tratando de entender cómo la cantidad de vueltas, la longitud total del cable y el área total encerrada por la antena se relacionan con la apertura efectiva. Sin embargo, estoy encontrando resultados contradictorios en mi investigación. Algunas personas dicen usar 1/4 de longitud de onda y otro entusiasta de la radioafición sugirió simplemente "usar una longitud aleatoria". Realmente aprecio cualquier información sobre estos asuntos y no me importa en absoluto si me señalan un artículo en lugar de simplemente darme la respuesta; solo me gustaría llegar a una respuesta.
@Klik No conozco los detalles completos de su esquema de comunicación, pero por lo que parece, creo que el problema al que se enfrenta es que la potencia que llega a su receptor es inferior a la sensibilidad del receptor. La sensibilidad del receptor es la potencia mínima de la señal. que debe tener su señal entrante para lograr una demodulación correcta de la señal. Debe estimar la cantidad de energía que llega a su receptor y asegurarse de que la cifra sea mayor que la sensibilidad de su receptor.
Si no se recibe suficiente potencia en su receptor, lo más probable es que se produzcan demasiadas pérdidas en su canal y, por lo tanto, debe considerar i) aumentar la potencia de transmisión, ii) reducir la sensibilidad de sus receptores o iii) aumentar la ganancia de su antena. Quiero ver este breve artículo ftp1.digi.com/support/images/… para obtener una descripción general de cómo los diferentes factores afectan el rango de transmisión alcanzable.

Respuestas (1)

Por el principio de reciprocidad , las antenas funcionan de la misma manera en las direcciones de recepción y transmisión. Entonces, si haces una antena direccional que es mejor para transmitir en una dirección particular, es mejor para recibir en esa dirección en la misma cantidad.

Si su objetivo es maximizar la potencia recibida, entonces un concepto útil es la apertura efectiva . Este es el tamaño de la "red" metafórica que usa la antena para capturar energía. Una red más grande significa capturar más energía. Si está familiarizado con el término "apertura" en óptica y fotografía, es un concepto similar.

Un hecho matemático un tanto contrario a la intuición es que la apertura efectiva ( A mi F F ) y ganancia ( GRAMO ) están relacionados:

GRAMO = 4 π A mi F F λ 2

λ es la longitud de onda, y la gente tiende a desarrollar un concepto erróneo aquí: que la física de la transmisión de energía es de alguna manera diferente dependiendo de la frecuencia. no lo son Toda la radiación electromagnética disminuye con la distancia de acuerdo con la ley del inverso del cuadrado, ya sean transmisiones de AM, luz visible o radiación gamma. Consulte ¿La pérdida de trayectoria en el espacio libre depende de la frecuencia? y ¿ Por qué la apertura de la antena es una función de la longitud de onda?

Lo que esta ecuación te dice es esto: a medida que la frecuencia disminuye y la ganancia permanece constante, la apertura aumenta. Pero un dipolo de media longitud de onda para 750 kHz también es físicamente mucho más grande que un dipolo de media longitud de onda para 2,4 GHz, por lo que aunque ambos tienen la misma ganancia, tendría sentido que el dipolo de 750 kHz tuviera una apertura mayor.

Otro resultado contrario a la intuición es que un dipolo ideal que es infinitesimalmente pequeño tiene aproximadamente la misma ganancia (y apertura efectiva) que un dipolo de media longitud de onda: 1,76 dBi en comparación con 2,15 dBi, respectivamente.

Si eso es cierto, ¿por qué no usamos dipolos infinitesimalmente pequeños en todas partes? Podríamos ahorrar mucho espacio. La razón es que para acoplar eficientemente la energía con esta diminuta antena, se necesita algún tipo de red coincidente, y esas partes introducen pérdidas, degradando la eficiencia del sistema.

Pero esto sigue siendo revelador: si desea maximizar la potencia recibida, concéntrese primero en minimizar las pérdidas. Con los diminutos poderes que capturará de una antena, probablemente necesite que sea lo más eficiente posible, por lo tanto, diseñe para simplificar, ya que cada componente agrega pérdida. Y haga coincidir su carga con la impedancia de la antena para que la transferencia de energía sea lo más eficiente posible.

Gracias por esta respuesta. Me has dado mucho de que partir y seguir investigando el tema. Pensé que el calibre del cable jugó un papel, pero supongo que no. De todos modos, esto definitivamente me ayudará a construir mi receptor de antena de radio. ¡Salud!
El calibre del cable juega un papel muy importante. "Enfóquese primero en minimizar las pérdidas". Las antenas mucho más cortas que los dipolos de 1/2 wv implicarán una corriente proporcionalmente más alta y, por lo tanto, mayores pérdidas por calentamiento del conductor. Idealmente, usaría superconductores y condensadores de vacío. En otras palabras, reduzca las resistencias de su conductor por debajo de un ohmio y elija dieléctricos para pérdidas extremadamente bajas (bajo calentamiento a alta corriente). A 750 KHz, una pequeña antena de escritorio, si está compuesta de materiales ideales, atraerá toda la onda EM energía en un radio de 50 metros. Por supuesto para materiales reales YYMV!
¿Cómo puedo maximizar la cantidad de energía que recibe una antena?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v