电小环天线原理

xjw01

中波电小环天线，线长小于λ/(2π)
天线的最大尺寸小于λ/(2π)的称为电小天线。
中波环形天线尺寸一般只有几十厘，最多几米，远小于波长，所以是电小环天线，俗称“大环”，所谓“大”，估计是相对磁棒线圈而言的。
天线上的感应的电动势，在大环中的传输特性与平行线传输线原理相似。当导线长度小于λ/(2π)，可以认为导线中的电流同相位，因此计算很方便。


设场强为E，信号弱的时候，场强小于1mV/米，在线圈上能够感应出多强的信号。这个问题必须解决才好设计相匹配的放大器。

一、关于大环(电小环)上的信号计算
平面电磁波，有以下关系式：

  磁场强度H=E/η，式中η是波阻抗，η=sqrt(μ/ε)=377Ω

  磁感应强度B=μH，式中μ是导磁率

设线圈平均面积是s，圈数为N，总面积记为S=s*N，则磁通量为

  φ = BS = μH*S = EμS/η

  φ对时间t求导数，得到感应电势，写成复数形式

  U = ωEμS/η，相当于在谐振回路中串联了一个值为U的电压源

  由于η/μ就是光速c=30万公里/秒，所以  U=ωES/c = E*(2πS/λ)，式中λ是波长

  记 h = 2πS/λ，h有时被称为环形天线的有效高度，那么 U = E*h

  若线圈的品质因数为Q，那么线圈上的谐振电压为 U2=U*Q

  设一个40cm*40cm的方框，共20圈，Q=300，则此大环的面积是2平方米。对于1MHz的中波，波长λ=300米，那么有效高度是h=6.28*3.2/300=0.067米，当场强为1伏/米，则有U=1*0.067=67mV，U2=20伏
  设大环的面积是5.7平方米(我的大环)，Q=270。对于600kHz的中波，波长λ=500米，那么有效高度是h=6.28*5.7/500=0.067米，当场强为1伏/米，则有U=1*0.072=72mV，U2=19.3伏

二、电小环场强计的原理

  中波场强计的探头可以采用电小环天线，当电小环给定以后，h值就确定了，通过 U = E*h，只要测得U，那么E就可以算出。

三、“大环”天线的接收能力
  上面讲的第二个大环为例，如果场强为1mV/米，那么可以得到19mV，当使用Rd=3R0匹配后，最后可得15mV信号0.5mV的信号，音频信号约为0.5*0.3=0.15mV，经功放放大10倍得到1.5mV音频信号推动MP3耳机，将可听到声音。如果放大100倍，还可以接收更弱的信号。
  德生R-911收音的中波灵敏度是1mV/米，所以这个大环接收600kHz信号的能力不会比德生R-911性能差，实测也是如此，当然选择性远不如R-911
  从以上计算表明，一个没有高频放大的“大环矿机”，灵敏度可以做得比收音机还要高。

xjw01

互感计算器
互感计算.rar (1.95 KB, 下载次数: 1680)

2010-8-31 13:45 上传

点击文件名下载附件

xjw01

验证实验图，采用了Q表及内置的精密毫伏表
测得谐振电压为64mV(误差小于10%)，计算结果是65mV


[ 本帖最后由 xjw01 于 2010-8-31 14:03 编辑 ]

xjw01

这个实验是一个电磁场近场实验。实验参数在计算软件中
验证收音机灵敏度的方法也是使用类似的方法。

xjw01

理论计算是把电磁场激励看作恒压源来计算的，他与实验完全相符。

我在软件中的计算，使用“毕奥—萨伐尔”定律进行电磁场叠加计算(积分计算)，得到的是恒压源。
也就是说，龙虾一直坚持的“恒功率假说”，不知是怎么来的，在这个电磁场实验中，不知应如何使用“恒功率”建模计算。请龙虾老师说明一下“恒功率”的细节，我来计算并验证一下。

[ 本帖最后由 xjw01 于 2010-8-31 14:04 编辑 ]

龙虾

在正规的文章中，我把它称为“环形天线”

U=E*(2πS/λ)的答案很好！

和我用电推出来的结论一模一样：
http://www.crystalradio.cn/bbs/thread-97376-1-1.html

对于矩形线圈，我把它写作为：电压U ≈ 2πE*H*W /λ

H高 * W宽 就是 S面积了。

不过我的推导没有用到磁的概念，也没有太多公式和常数，直接用简单的几何法则就推出结果了。

用心算就可以证明，两种计算方法结果是一样的。环形天线的电动势，正正就是涡旋电场在线圈上的环路积分。对于矩形线圈，就是四条边的电压矢量相加。

龙虾

原帖由 xjw01 于 2010-8-31 14:01 发表
理论计算是把电磁场激励看作恒压源来计算的，他与实验完全相符。

我在软件中的计算，使用“毕奥—萨伐尔”定律进行电磁场叠加计算(积分计算)，得到的是恒压源。
也就是说，龙虾一直坚持的“恒功率假说”，不知是 ...

恒压的假说忽略了感生电流对电场的削弱作用。也就是说，一件超导体放在空中，将可以吸收无限大的能量。

xjw01

原帖由 龙虾 于 2010-8-31 14:08 发表


恒压的假说忽略了感生电流对电场的削弱作用。也就是说，一件超导体放在空中，将可以吸收无限大的能量。

一般用叠加的说法。准超导可以收收很强的能量，对信号源形成反作用，但要注意，这还是线性叠加，最后将表现为信号功率送到发射环。实验证明，反射回来的能量非常的小，接收环与发射环只相距十几厘，发射环上的电压并没有因接收环的存在而发生明显变化(我的仪表测不出来)。

我上次已经说过了，穿过环行天线的功率非常大，我们只接收其中的一点点，根本不会对信号源本身产生多大的影响。
大环是个天线，即可以接收，也可以发射。如果真有“准超导”大环，接收到的能量会随着谐振幅度的加强， 把能量“吐”回空间（也就是能量发射）的量也越大。我们的线圈的Q值无法做得很高（如几万），所以“吐”回的能力根本不能与穿过线圈的能量相比，可以忽略不计，所以恒功率一说不可行，有那么多的能量可以吸收，只是我们无法全部吸收，仅吸收了一点点。

这样吧，您把“恒功率”的计算模型给我，我用编程进行计算，看看是什么结果。

[ 本帖最后由 xjw01 于 2010-8-31 14:48 编辑 ]

龙虾

矿石收音机论坛是一流的论坛，里面有很多珍贵有用有创意的资料，你不妨多翻翻老贴子来看，虽然也有很多谬误，但不乏真知灼见，许多非常重要的东西就隐藏在一字一句之间。你如果能发掘出来，整合它们，就能发挥出很好的创造力。别看大家嘻嘻哈哈经常说的没档次的东西，博大精深的东西多多着呢！矿石收音机论坛是一流的论坛。

xjw01

原帖由 龙虾 于 2010-8-31 14:58 发表
矿石收音机论坛是一流的论坛，里面有很多珍贵有用有创意的资料，你不妨多翻翻老贴子来看，虽然也有很多谬误，但不乏真知灼见，许多非常重要的东西就隐藏在一字一句之间。你如果能发掘出来，整合它们，就能发挥出很好的创造力。别看大家嘻嘻哈哈经常说的没档次的东西，博大精深的东西多多着呢！矿石收音机论坛是一流的论坛。

是在说您的《论文》博大精深吧。。

从您第一次把那篇文章发给我看，我就没有否定您的那篇《论文》呀，也没有赞同您的看法。不过建议您把发到权威部门，看看他们的见解如何。我还是要用传统磁理论来解析问题的，方法与您的不同。

另一方面，我只认为这里有很多高手，包括您。但我也告诉您，我也和您一样，不迷信教科书，喜欢做实验来验证，这篇章重在实验研究。

其实，这里与您讨论“恒功率源”的问题，我实验的结果是“用恒压源”是正确的，您不信 。

e3po

原帖由 xjw01 于 2010-8-31 13:44 发表
中波电小环天线，线长小于λ/(2π)
天线的最大尺寸小于λ/(2π)的称为电小天线。
中波环形天线尺寸一般只有几十厘，最多几米，远小于波长，所以是电小环天线，俗称“大环”，所谓“大”，估计是相对磁棒线圈而言的 ...

             从注册到现在， 这是吾觉得最有意义的帖子之一。

           请多指教！

[ 本帖最后由 e3po 于 2010-8-31 15:35 编辑 ]

e3po

原帖由 xjw01 于 2010-8-31 13:53 发表
这个实验是一个电磁场近场实验。实验参数在计算软件中
验证收音机灵敏度的方法也是使用类似的方法。

            您可以用 4NEC2 之类的天线仿真软件辅助算一下远场。


4NEC2  仿真软件
下载:
http://home.ict.nl/~arivoors/4nec2.zip     主程序
http://home.ict.nl/~arivoors/4nec2X.zip       3D 立体扩展
http://home.ict.nl/%7Earivoors/      主站

http://www.nec2.org/        相关阅读和资源


          顺便说一句， RF-ID  前面部分的结构其实和矿石机差不多.

[ 本帖最后由 e3po 于 2010-8-31 15:28 编辑 ]

e3po

一篇是中学水准， 一篇是大学水准,   

请勿轻易对号入座.



[ 本帖最后由 e3po 于 2010-8-31 15:34 编辑 ]

oki

无论是什么水准，都是在做贡献。呵呵。我感兴趣的是楼主的示波器，和我的一样。这也算机缘巧合了吧？不过，我的水平太低了，比不了你们。

龙虾

原帖由 e3po 于 2010-8-31 15:33 发表
一篇是中学水准， 一篇是大学水准,   

请勿轻易对号入座.

我来对号入座。

我求证U ≈ 2πE*H*W /λ = 2πES/λ 用的就是中学的简单几何。

xjw01求证U = 2πES/λ 用的是大学的知识。

为什么我是≈，而xjw01的是 = 呢？

因为xjw01认为φ = BS，误差就在这里。这里应该是≈，而不是=。磁场有相位的差别，他忽略了相位差别，把它当作固定值，直接乘以面积。

因为我把大学的公式都忘记干净了，书了清掉了，所以只能用残留的中学的知识来求证。但我用了一个“后大学”的观念，就是：感生电动势等于电场沿着线圈的环路积分。这个观念是我大学时自己证明的，教科书上没有讲，很多人都不知道。人们基本上只知道用磁通变化率求电动势。

文章首发于去年12月有它特别的意义。当时“高人”多次指出大环功率与面积匝数成正比。这显然不合乎逻辑。面积是没有厚度的，照此推，把空间切成10片就有10份功率，切成100片就有100份功率，这显然是错误的。能量在空间里，功率一定与体积有关系。

为了证实这一点，便开始求证，然后写了这一那篇论文。

你别管它千错万错，有一点你可以学到，就是：感生电动势正正就是电场沿着绕圈的环路积分。这一点正确可以抵偿它100个错误。这是你大学都学不到的东西！