Kekuatan medan pada jarak dari induktor sangat penting. Jika induktor terlindung dengan baik, dengan bidang nol di ruang di dekatnya, maka itu tidak akan bertindak seperti antena. Jelas sekali.
Jadi, bagaimana kita bisa memaksimalkan bidang induktor yang jauh dan membuat antena radio yang bagus? Yah, pertama-tama kita harus bertanya-tanya tentang jarak yang terlibat. Lapangan harus kuat pada jarak tertentu dari induktor? Jawabannya: 1/4 panjang gelombang. Ini adalah nilai yang agak 'ajaib' yang jatuh dari fisika gelombang EM bepergian yang berinteraksi dengan benda-benda konduktif. Jika bidang pada panjang gelombang 1/4 dari induktor tidak signifikan, maka induktor sedang terlindung secara elektromagnetik untuk frekuensi itu. Tetapi jika medan signifikan pada jarak itu, maka induktor dapat berfungsi sebagai antena.
Animasi YT: bidang yang mengelilingi antena
Mengapa 1/4-panjang gelombang? Di atas adalah animasi MPG dari kursus E&M intro di MIT. Periksa animasi dengan cermat. AC diterapkan pada koil kecil di tengah, dan gumpalan bidang-bidang lingkaran tertutup terbang sebagai gelombang EM. Tetapi sangat dekat dengan lokasi koil, pola bidang tidak terbang ke luar. Alih-alih hanya berkembang dan runtuh. Dekat dengan antena koil kami, bidangnya menyerupai elektromagnet sederhana. Ini mengembang lebih besar dengan meningkatnya arus kumparan, dan runtuh ke dalamketika arus berkurang. Tetapi pada jarak yang sangat jauh dari koil, polanya bertindak sangat berbeda, dan itu hanya bergerak keluar terus menerus. Di mana perilaku lapangan membuat perubahan? Pada jarak panjang gelombang 0,25. Pada jarak 1/4-gelombang, garis-garis medan "membungkuk" ke dalam bentuk jam pasir sesaat, kemudian mereka terlepas dan terbang ke luar sebagai lingkaran yang tertutup.
Volume ruang dalam jarak 1/4-gelombang koil disebut Wilayah Nearfield, dan menunjukkan pola bidang ekspansi / kontrak dari induktor sederhana. Pada jarak yang lebih jauh, di Wilayah Farfield, medan berperilaku hanya sebagai radiasi EM yang bepergian.
Lebih banyak animasi MIT melihat terutama yang terakhir
Cara paling sederhana untuk menjamin bahwa medan kuat pada jarak 1/4 panjang gelombang adalah dengan membangun induktor yang bertindak seperti dipole electromagnet. Tapi buatlah sebuah elektromagnet di mana kutub magnetnya kira-kira setengah panjang gelombang terpisah. Beli sendiri batang ferit yang panjangnya 1/2-gelombang, kemudian gunakan batang itu sebagai inti induktor Anda. Bahkan lebih sederhana: hanya memutar induktor Anda sebagai koil-hoop dengan radius sekitar 1/4-gelombang.
Cara lain untuk membuat medan kuat pada jarak 1/4-gelombang adalah dengan menggunakan induktor yang sangat kecil, tetapi mendongkrak arus induktor ke nilai yang jauh lebih tinggi. Dalam hal ini, bahkan kumparan yang sangat kecil dapat memancarkan banyak radiasi EM. Tapi ini membawa masalah praktis: gulungan kecil adalah antena yang tidak efisien karena pemanasan kawat. Jika sebagian besar daya pemancar Anda digunakan untuk menciptakan arus dan antena yang sangat besar, daripada memancarkan gelombang EM, Anda akan kehabisan baterai (atau mendapatkan tagihan besar dari perusahaan listrik.) Jika ini tidak masalah di Anda situasi, maka tidak ada menara 1/4-panjang gelombang yang dibutuhkan. Antena loop kecil akan bekerja dengan baik, dan bisa jauh lebih kecil dari diameter 1/2-gelombang.
Adapun radio AM portabel dan kumparan antena yang relatif kecil, dalam hal ini kami menggunakan beberapa "sihir" untuk meningkatkan arus koil. Jika induktor digunakan sebagai bagian dari resonator LC paralel, maka setiap kali itu didorong dengan sinyal kecil, arus dalam loop LC beresonansi tumbuh ke nilai yang sangat tinggi. Ini menyerap gelombang EM yang masuk dan arus kumparan tumbuh semakin besar. Pertumbuhannya hanya dibatasi oleh resistansi kawat, dan jika resistansi cukup rendah, maka dibatasi oleh kerugian pada emisi EM. Sebuah koil resistan nol, pada resonansi, dapat menumbuhkan medan di sekitarnya sampai kekuatan medan pada jarak 1/4-gelombang dari induktor adalah sebesar kekuatan medan gelombang EM yang masuk. Dalam kondisi ini, kumparan kecil berperilaku "elektrik besar," berperilaku seperti penyerap EM dengan diameter sekitar 1/2-gelombang. (Perhatikan bahwa pada ujung bawah pita AM pada 550KHz, diameter setengah gelombang adalah sekitar 900 kaki!)
Tidak seperti penerima lainnya, di radio portabel AM-band ada dua kapasitor tala yang terpisah: satu untuk osilator lokal yang merupakan bagian dari sistem penerima superhet, dan yang lain yang terhubung secara paralel dengan koil antena inti-ferit. Perhatikan bahwa resonansi LC hanya diperlukan ketika antena loop jauh lebih kecil dari radius 1/4-panjang gelombang. Antena loop "elektrik besar" konvensional tidak memerlukan kapasitor ini; mereka sudah ukuran yang tepat untuk panjang gelombang operasi mereka, dan kapasitor tala tambahan hanya akan membuat segalanya lebih buruk.
Inilah pandangan lain tentang keseluruhan masalah.
Sebuah transformator bukanlah sepasang antena loop!
Misalnya, ambil transformator inti udara selebar inci yang berjalan pada 60Hz. Ketika kita memindahkan kumparan sekunder jauh dari primer, koneksi induktif di antara mereka jatuh dengan cepat ke nol. Ini terjadi karena pola medan di sekitar kumparan primer identik dengan magnet dipol ... dan intensitas fluks dipol menurun sebagai 1 / r ^ 3. Tingkatkan jarak primer-sekunder sebesar 1000x, dan fluks pada kumparan sekunder satu miliar kali lebih lemah.
OK, sekarang tingkatkan frekuensi drive, tetapi gunakan generator sinyal arus konstan untuk menjaga arus koil primer sama seperti sebelumnya. Pada awalnya tidak ada yang aneh akan terjadi. Transformator Anda berfungsi sama pada rentang frekuensi yang luas. Tetapi pada frekuensi yang sangat tinggi, tiba-tiba muncul efek baru yang aneh. Koil utama, induktor murni, tiba-tiba tampaknya mengembangkan resistor internal, dan energi mulai hilang. Namun koil tidak memanas! Energi terlepas entah bagaimana. Dan tiba-tiba nilai fluks yang diterima oleh kumparan sekunder mulai meningkat. Kedua kumparan Anda bukan lagi sebuah transformator. Mereka telah menjadi sepasang antena radio: antena loop. Anda bahkan akan menemukan bahwa kapasitor jauh (pasangan elektroda terpisah,) kini telah mulai mengambil medan dari kumparan primer. Kekuatan pola bidang tidak lagi turun sebagai 1 / r ^ 3, melainkan lebih seperti sumber cahaya, dan jatuh dengan jarak sebagai 1 / r ^ 2. Berapa frekuensi semua ini terjadi? Kira! :)
PS
Saya melihat bahwa MIT dari Dr. Belcher telah mem-porting mpeg asli itu ke Youtube. Berikut ini tiga tampilan antena radio dasar:
Dan inilah yang terjadi ketika kami tiba-tiba memisahkan bola empulur bermuatan positif dari yang negatif.
Dari: 