¿Por qué una línea de transmisión no estropea la resonancia de una antena?

No entiendo por qué la resonancia de una antena no se ve afectada por la línea de transmisión al receptor. Por ejemplo, dada una antena dipolo como la siguiente:

antena dipolo

La longitud de la antena se elige cuidadosamente para crear una resonancia en la frecuencia objetivo, sin embargo, ¿no se arruina esto porque la línea de transmisión esencialmente alarga la longitud efectiva de la antena?

Si la línea de transmisión no coincide con la antena, entonces sí, estropeará las cosas.
Además, el dipolo no debe conectarse directamente al cable coaxial de esta manera, debe usar un balun para transformar la señal balanceada de la antena en una señal no balanceada.
La resonancia de la antena se ve afectada, el patrón de radiación no. Solo piense en cualquier resonador LC, si coloca una carga sobre él, la resonancia cambia.
Depende de tu definición de "estropear". Se pueden usar cables coaxiales como dispositivos de adaptación de impedancia muy eficientes. Elija la longitud y la impedancia de cable correctas y su antena coincidirá casi perfectamente (a una frecuencia) con el receptor o transmisor. Eso se está utilizando, por ejemplo, en experimentos de resonancia magnética nuclear todo el tiempo. Como estudiante, construí varias cajas de cable para esos propósitos.
@JonCuster "Si la línea de transmisión no coincide con la antena, entonces sí, estropeará las cosas". <-- Asumiendo que por "coincidente" te refieres a la impedancia coincidente, eso no es cierto.

Respuestas (1)

Un dipolo es alimentado por una fuente de voltaje [o corriente] de frecuencia variable en el centro entre las dos mitades. En teoría, envía una señal sinusoidal por la línea de transmisión que verá el dipolo dos cables dipolo como una impedancia Z a norte t . Para un dipolo de media onda, Z a norte t ≈ 72 + j 42.5 Ω .

El análisis clásico de libros de texto de la radiación de un dipolo comienza ignorando la alimentación y asumiendo la fuente de voltaje sinusoidal como se indicó anteriormente para calcular los campos de radiación teóricos y la resistencia a la radiación. R r a d . Luego, los textos introducirán el concepto de líneas de impedancia balanceada y explicarán que una alimentación coaxial es una línea desbalanceada, es decir, la corriente fluye en la superficie del conductor central. (Recuerde que la propagación modal por la línea es una onda TEM). Dado que un dipolo requiere una alimentación equilibrada, puede usar un balun para cambiar la línea desequilibrada (corrientes desiguales) a una línea equilibrada (con corrientes iguales) excitando ambas mitades del dipolo. Esto también sirve para "estrangular" (o bloquear/conectar a tierra) cualquier corriente que pueda inducirse por el blindaje de la alimentación coaxial.

Los libros de texto a menudo no discuten el impacto de la propia estructura de alimentación en la radiación. Sí, esta línea metálica dispersará los campos que inciden sobre ella y, por lo tanto, interactuará con el patrón de radiación. Cuando mide la ganancia en una cámara anecoica, debería ver esta variación en el patrón omni medido y cambiar la relación de adelante hacia atrás (si define tal cosa para un dipolo...). Sin embargo, no debería ser mucho, ya que normalmente se supone que la línea es ortogonal a la polarización de los campos radiantes.

Para responder a su pregunta directamente, la línea de transmisión no alarga la alimentación del dipolo. Como dije anteriormente, los campos que se propagan por la línea son TEM, por lo que básicamente es solo una fuente de voltaje que excita los cables del dipolo; con un balun conectado correctamente, excitará la distribución de corriente sinusoidal de media onda en el dipolo.

Una respuesta bastante buena con material adicional para desarrollar el conocimiento del lector, pero la explicación del balun es un poco misteriosa. IIRC, la radiación del escudo exterior del coaxial es más o menos lógicamente equivalente al desequilibrio de las corrientes del escudo y del núcleo: una implica la otra y, por el contrario, decir que el balun evita la radiación porque convierte las corrientes desequilibradas en equilibradas es tautólogo, como diciendo que previene la radiación al prevenir la radiación! Nunca me ha gustado esa explicación. No creo que haya una explicación simple: lo que realmente estás haciendo es...
.... cambiar las condiciones de contorno tanto en la línea de transmisión como en la antena mediante el uso del dispositivo de aislamiento de modo que el núcleo y la pantalla del cable coaxial de transmisión se vean obligados a transportar las mismas corrientes de protección mutua, pero en sentido opuesto, o al menos se acercan lo suficiente a esta condición para que la eficiencia de la antena no se degrade demasiado. Realmente solo puede profundizar en este problema escribiendo soluciones detalladas para los ME para los dos subsistemas y pensando detenidamente qué condiciones límite modelan qué dispositivos físicos y cómo se vinculan los dos subsistemas, o...
... al menos ese es mi recuerdo de lo que tuve que hacer para entender que hace el balun y porque RS-422 da las mejoras que da, entre otras cosas.
@WetSavannaAnimalakaRodVance No creo que necesariamente tenga que volver a las Ecuaciones de Maxwell y hablar sobre la interfaz entre un modo TEM coaxial y los cables desnudos del dipolo. Hacerlo sería bastante complejo.
Solo digo que, según mi experiencia, realmente debe observar detenidamente por qué el dispositivo de aislamiento fuerza corrientes simétricas y de autoprotección, y la consideración cuidadosa de las condiciones límite de corriente / voltaje es la única forma clara y rigurosa de hacerlo. De lo contrario, terminas con explicaciones circulares que evitan la radiación al equilibrar las corrientes, lo que, en mi opinión, es una tautología porque una no puede suceder sin la otra (o, por el contrario, cada una implica la otra). Probablemente sea demasiado detallado para una respuesta amplia como esta, pero encontré el balun bastante misterioso y mi...
... la experiencia es lo que hace la mayoría de la gente: es un efecto sutil.
Bueno, realmente es solo un dispositivo que cambia el modo común al modo diferencial. Desea una corriente sinusoidal con un pico en el centro donde ingresa su línea de alimentación (es decir, la mitad de un período sinusoidal o modos de orden superior con el pico en el centro) y nulos al final. Pero usar una línea desequilibrada significa que distorsionará la distribución actual y, por extensión, el patrón de radiación.
Cómo construyes un balun y cuál debes usar es otra discusión. Hay tantos por ahí, y una consideración es a menudo el ancho de banda. Los estranguladores inductivos simples tienden a funcionar para la gente de HAM, pero en aplicaciones de ingeniería reales, recurrimos a algunas técnicas complejas. Antenna-Theory.com es una excelente referencia para preguntas sobre antenas sin el rigor requerido. Visite antenna-theory.com/definitions/balun.php
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