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天線的最佳長度
發(fā)布時(shí)間:2011-10-21天線是一種外形結(jié)構(gòu)簡單、性能評(píng)價(jià)因素復(fù)雜的設(shè)備。描述天線特性的參量包括電波極化方式、電波方向圖、波瓣寬度、方向性系數(shù)、增益系數(shù)、輸入阻抗、輻射效率、中心頻點(diǎn)、信號(hào)頻寬等。參量指標(biāo)優(yōu)越的天線有利于提高電波信號(hào)質(zhì)量,增強(qiáng)無線通聯(lián)效果。但是,在天線的實(shí)際設(shè)計(jì)和應(yīng)用過程中,很難做到“魚肉和熊掌兼得”,即無法全面兼顧天線的眾多參量指標(biāo),必須根據(jù)實(shí)際情況,做到必要取舍。
對(duì)于業(yè)余無線電愛好者而言,選擇天線需要綜合考慮使用電波波段、通聯(lián)距離、通聯(lián)方向、使用場合、架設(shè)方式、成本費(fèi)用等使用因素,以及輸入阻抗、頻帶寬帶、中心頻點(diǎn)、輸入功率、增益、駐波、方向圖和前后比等天線特性。
1、電波波段,是指天線輻射的電波信號(hào)處于哪個(gè)波段。每種天線都對(duì)應(yīng)一定應(yīng)用頻段和波段,不能跨波段使用單波段天線。在性能方面,單波段天線的性能一般優(yōu)于多波段天線。
2、通聯(lián)距離,是根據(jù)通聯(lián)信號(hào)覆蓋范圍考慮選用何種天線類型。不同類型天線的輻射效率不同。在相同的條件情況下,定向天線(如八木天線)輻射效率高于全向天線。
3、通聯(lián)方向,是指選用天線時(shí)需要考慮通聯(lián)時(shí)的電波信號(hào)的發(fā)射/接收方位。單一方向通聯(lián)使用時(shí),可以選用定向天線,提高通聯(lián)效果;不定方向通聯(lián)使用,則必須降低通聯(lián)效果而選用全向天線。
4、使用場合,主要是指天線的手持、車載、基地等使用方式。不同場合使用的天線都具有一定的場地應(yīng)用特點(diǎn),例如,手持機(jī)應(yīng)選擇小巧靈活的天線,車載應(yīng)選擇風(fēng)阻小的天線,基地臺(tái)應(yīng)選用效率高的天線。
5、架設(shè)方式,是指在選用天線時(shí)需要考慮用戶的架設(shè)場地、極化方向等因素。V形天線架設(shè)高度與波形長度有關(guān);車載天線盡可能安裝在車頂中部;UV段八木天線要側(cè)立安裝,產(chǎn)生垂直極化電波。
6、成本費(fèi)用,體現(xiàn)出業(yè)余無線電的“適度”精神。性能優(yōu)越的品牌天線,其價(jià)格一般均較高,而自制天線雖然性能有欠缺,但費(fèi)用低廉,因此架設(shè)無線電臺(tái)時(shí),最好充分調(diào)研各種天線信息,做好費(fèi)用預(yù)算。
7、輸入阻抗,主要是考慮系統(tǒng)連接時(shí)的天饋系統(tǒng)匹配問題,其涉及到電臺(tái)發(fā)射模塊、饋線及天線等設(shè)備。阻抗匹配優(yōu)良的天饋系統(tǒng),可以降低駐波值,減少電信號(hào)傳輸過程的損耗,提高通聯(lián)效果。
8、頻帶寬度,是指天線的工作頻率范圍,一般對(duì)應(yīng)于中心頻點(diǎn)的上下對(duì)等頻率范圍。在中心頻點(diǎn)的頻帶范圍內(nèi),天線效率較高,增益較大。在短波通聯(lián)中,常應(yīng)用天調(diào)以擴(kuò)大頻帶寬帶,并使天線工作效果最佳。
9、中心頻點(diǎn),是天線性能最好的工作頻點(diǎn),此時(shí)天線效率最高、增益最大,駐波最小。對(duì)于業(yè)余無線電應(yīng)用而言,應(yīng)將常用頻率范圍的中間值定為天線的中心頻點(diǎn)。
10、輸入功率,是指天線所能承受的最大輸入功率。天線都有一定的輸入功率限制,因此,由電臺(tái)輸入至天線的功率不能超過天線最大承受功率,最好為其最大承受功率的2/3為宜。
11、方向圖,有助于分析信號(hào)的覆蓋及分析信號(hào)傳輸情況,提高通聯(lián)效果,尤其是在依靠天波和地波傳播信號(hào)的短波通聯(lián)時(shí),必須根據(jù)天線架設(shè)的高度、波長等信息分析波形方向圖。
12、前后比,是指天線所產(chǎn)生電波的主瓣最大值與后瓣最大值之比,用于描述天線輻射電波能力的方向特性。天線的前后比值越高,發(fā)射時(shí)前方能量越集中,輻射電波信號(hào)越強(qiáng)。
此外,再次特別提醒大家,天饋系統(tǒng)的駐波值與天線效率之間沒有直接關(guān)系?!榜v波比越小,天線效率越好”、“駐波比越小,通聯(lián)效果越好”等觀點(diǎn),都是片面的理解。
很多“火腿”在安裝制作自己的天線時(shí),覺得天線越長,發(fā)射或接受信號(hào)的效果就越明顯。其實(shí)天線并不是越長越好,只有在最合適的范圍內(nèi),天線的作用才能發(fā)揮到最大。我們知道有一些參量可以影響到天線的發(fā)射或接收的特性,如方向,天氣,周邊環(huán)境,質(zhì)量,安裝方法,壽命,噪聲溫度等。其中天線的長度也是一個(gè)很重要的因素。
那么,天線到底在什么長度時(shí),才能達(dá)到最佳功效呢?
理論和實(shí)踐證明,當(dāng)天線的長度為無線電信號(hào)波長的1/4時(shí),天線的發(fā)射和接收轉(zhuǎn)換效率最高。因此,天線的長度將根據(jù)所發(fā)射和接收信號(hào)的頻率即波長來決定。只要知道對(duì)應(yīng)發(fā)射和接收的中心頻率就可以用下面的公式算出對(duì)應(yīng)的無線電信號(hào)的波長,再將算出的波長除以4就是對(duì)應(yīng)的最佳天線長度。
頻率與波長的換算公式為:
波長=30萬公里/頻率
=300000000米/頻率(得到的單位為米)
例:求業(yè)余無線電臺(tái)的天線長度
已知業(yè)余無線電臺(tái)使用的信號(hào)頻率為435MHz附近,其波長為:
波長= 300000公里/435MHz
= 300000000/435000000
= 300/435
= 0.69米
對(duì)應(yīng)的最佳天線長度應(yīng)為 0.69/4 等于0.1725米
當(dāng)頻率為439MH時(shí),大家可以將計(jì)算公式簡化為
波長=300/439
=0.683米
最佳天線長度為0.683米/4,等于0.17米