Ström- och spänningsmatning I

En antenn matas alltid med en spänning och en ström som står i ett visst förhållande till varandra. Det förhållandet kallas matningsresistans.

För att effekt ska kunna avges måste både spänning och ström finnas, eftersom effekten är produkten av spänning och ström. Om antingen spänningen eller strömmen vore noll skulle ingen effekt avges eller tas upp.

Ändå talar vi om vissa antenner som strömmatade och om andra som spänningsmatade. Det betyder att det vid matningspunkten finns en hög ström vid jämförelsevis låg spänning, eller en hög spänning vid jämförelsevis låg ström.

För en halvvågsdipol beror matningsresistansen på var matningen sker. Det beror på att laddningsbärarna svänger fram och tillbaka i dipolen. I mitten rör sig särskilt många laddningsbärare, vilket vi kallar strömbuk, och i ändarna uppstår särskilt höga spänningar, vilket vi kallar spänningsbuk. Där inga laddningar rör sig talar vi om en strömnod, och där spänningen är noll talar vi om en spänningsnod. Bild UPPGRADERING-14.19.1 visar ström- och spänningsfördelningen på dipolen.

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.
1) Kort sammanfattning: Symmetrisk grafik med en röd kurva ”I” och en blå kurva ”U” över en horisontell sträcka märkt ”λ/2”, dessutom tre orangefärgade vertikala linjer med markerade punkter och svarta, rätvinkliga linjeformer.
2) Detaljerad beskrivning: På vit bakgrund löper till vänster, i mitten och till höger en orangefärgad lodrät linje vardera; på dem sitter små svarta punkter: uppe och nere till vänster, uppe och på halva höjden i mitten, uppe och på mellanhöjd till höger. Uppe till vänster och höger leder vågräta svarta linjer från de yttre vertikalerna inåt; nära mitten slutar de var och en i korta, nedåtriktade svarta stumpar, så att en smal lucka finns kvar mellan de båda stumparna. Nedtill leder två vågräta svarta linjer från en central lucka åt vänster respektive höger; vid deras inre ändar sticker korta stumpar uppåt. En röd, slät kurva märkt ”I” (kursiv, röd) startar vid den övre vänstra punkten, välver sig bågformigt uppåt med ett maximum vid den övre punkten på den mittersta vertikalen och faller till den övre högra punkten. En blå, slät kurva märkt ”U” (kursiv, blå) börjar nära den nedre vänstra punkten, stiger jämnt, passerar mitten (där en markerad punkt ligger på den mittersta vertikalen) och fortsätter stigande till ungefär mellanhöjd vid högra kanten, där ytterligare en punkt är markerad. Under hela teckningen finns en lång svart dubbelpil med pilar åt båda hållen; i dess mitt står märkningen ”λ/2”. — Figur UPPGRADERING-14.19.1: Halvvågsdipol med spännings- och strömfördelning

Matar vi en halvvågsdipol i mitten måste många laddningar röra sig, och vi talar om en strömmatad antenn (låg matningsresistans). En ändmatad halvvågsdipol är däremot en spänningsmatad antenn (hög matningsresistans). För matning i änden, som i bild UPPGRADERING-14.19.2, behövs en anpassningsenhet. Det går vi igenom närmare senare.

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.

1) Kort sammanfattning: Ett kopplingsschema med källa, ett block ”Anpassglied” (anpassningsnät), en vågrät ledning och en blå sinusformad kurva inritad ovanför, dessutom en längdangivelse ”λ/2”.

2) Detaljerad beskrivning: Till vänster finns en cirkelformad källsymbol, förbunden med ett rektangulärt block med etiketten ”Anpassglied”, som är förbundet nedåt med en jordsymbol. Från blockets högra kant leder en genomgående, vågrät, svart ledning åt höger. Ovanför ledningen står en dubbelriktad pillinje (dubbelpil) med den centrerade texten ”λ/2”. Längs den vågräta ledningen är en ljusblå, sinusformad kurva inritad som börjar till vänster under ledningen, stiger, ungefär korsar ledningen i högra tredjedelen och slutar vid högra kanten ovanför ledningen; i närheten av kurvan står kursivt bokstaven ”U”. Inga axlar, skalor eller andra etiketter finns. — Figur UPPGRADERING-14.19.2: Ändmatad halvvågsdipol

Strömmatade antenner har alltså en låg och spänningsmatade antenner en hög resistans.

Det kan åskådliggöras med Ohms lag:

$$ R = \frac{U}{I} $$

Matar man en dipol i mitten är spänningen där jämförelsevis låg medan strömmen är hög. Kvoten av spänning och ström blir därför liten, och resistansen blir motsvarande låg. Sker matningen i stället i dipolens ände är spänningen där hög medan strömmen går mot noll. Då blir kvoten mycket stor, och resistansen blir motsvarande hög.

Vid låga resistanser talar vi också om lågohmigt beteende ($\downarrow\unit{\ohm}$) och vid höga resistanser på motsvarande sätt om högohmigt beteende ($\uparrow\unit{\ohm}$).

En vanlig storleksordning för matningsresistansen hos en strömmatad antenn är t. ex. $\qty{36}{\ohm}$ till $\qty{100}{\ohm}$ och hos spänningsmatade antenner $\qty{1500}{\ohm}$ till $\qty{4000}{\ohm}$.

Strömfördelningen på en dipol beror på vilken frekvens antennen används på. Bild UPPGRADERING-14.19.3 visar strömfördelningen för heltalsmultiplar av grundfrekvensen $f$ hos en mittmatad dipol. Där syns att det vid jämna multiplar av grundfrekvensen uppstår en strömnod vid matningspunkten. Då är strömmen där mycket liten och spänningen hög, och antennen framstår som högohmig vid matningspunkten. Därför är en mittmatad dipol bara resonant vid udda heltalsmultiplar av grundfrekvensen. Flerbandsdrift kan åstadkommas genom att flytta matningspunkten, t. ex. till en av strömbukarna som i bild UPPGRADERING-14.19.3b (t. ex. Windom-antennen) eller till antennens ände (t. ex. EFHW-antennen). I de fallen behövs dock anpassningsenheter, som vi går igenom närmare senare.

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.

Kortfattat: Fyra skisser ovanpå varandra av en rak, i mitten avbruten ledare med längden ”λ/2” med röda strömkurvor ”I” ovanför för anregningarna ”f”, ”2·f”, ”3·f” och ”4·f”, var och en märkt med ”Ω” och en upp- eller nedåtpil.

Utförlig beskrivning: Allra överst visar en vågrät dubbelpil totallängden med texten ”λ/2” i mitten. Därunder följer raderna märkta ”a.”, ”b.”, ”c.” och ”d.”:
- a.: Svart vågrät linje med smalt mittgap; vid gapet står till höger ”f”, bredvid ”↓ Ω”. Över linjen går en genomgående röd kurva ”I” (texten ”I” uppe till vänster), som en bred båge med största höjd i mitten och nollgenomgångar i båda ändar.
- b.: Samma svarta linje med mittgap; vid gapet står ”2·f” och ”↑ Ω”. Den röda kurvan visar två lika höga halvvågor som möts exakt i gapet (nod i mitten) och går mot noll i ändarna.
- c.: Samma uppställning; vid gapet står ”3·f” och ”↓ Ω”. Den röda kurvan visar tre halvvågor, med ett maximum direkt över gapet och två ytterligare maxima symmetriskt till vänster och höger; i ändarna åter nollgenomgångar.
- d.: Samma uppställning; vid gapet står ”4·f” och ”↑ Ω”. Den röda kurvan visar fyra halvvågor, med en nod i gapet och ytterligare noder jämnt fördelade; ändarna ligger på noll. — Figur UPPGRADERING-14.19.3: Strömfördelningar vid olika grundfrekvenser

Fortsätt till nästa avsnitt: Ström- och spänningsmatning II