• Длина имеет значение - UT7UX

      Автор UT7UX

      Почему длинная антенна лучше короткой? Насколько лучше? И что значит "длинная", что значит "короткая"? Минимум физики в предельно упрощенной форме и мы ответим на этот вопрос.

      Есть такое понятие - сопротивление излучения. Это (здесь и далее сильно упрощенно) электрическое сопротивление антенны на радиочастоте, то сопротивление, которе должен преодолевать передатчик радиостанции для излучения электромагнитной энергии в эфир. А еще есть сопротивление потерь - сумма всех сопротивлений (некоторые из них можно померять и обычным тестером, некоторые можно померять только специальными приборами на радиочастоте) в антенне, включая даже сопротивление штыря. Сложение сопротивления излучения и сопротивления потерь дает общее входное сопротивление антенны - то самое, которе должно было бы равняться 50 Омам по тому, что на 50 Ом рассчитана радиостанция и кабель (а не по тому, что это какое-то особое или единственно возможное значение - просто так принято, что почти вся связная аппаратура рассчитана на 50 Ом).

      Эффективность антенны, ее КПД, определяется отношением сопротивления излучения к сопротивлению потерь. Это очень важное замечание по тому, что чем короче антенна, тем меньше сопротивление излучения и тем больше потери в более сложном согласующем устройстве.

      Вот график зависимости сопротивления излучения от длины - слева общий план, а справа более крупно участок совсем малых длин. Длина дана в градусах, чтобы пересчитать, прикинем:
      1λ = 360° ≈ 11м
      ¼λ = 90° ≈ 2,75м
      Но одна четверть практически не используется из-за неудобно большой длины, применяют более или менее укороченные антенны. Сразу прикинем их сопротивление излучения:
      2м ≈ 65° ≈ 18 Ом
      1,5м ≈ 50° ≈ 9 Ом
      1,0м ≈ 33° ≈ 4 Ома
      0,75м ≈ 25° ≈ 2 Ома

      Вкладення 1432

      У кого есть желание, может уточнить сопротивление по графику, но для прикидки достаточно приблизительных значений.

      Предположим, что входное сопротивление антенны у нас строго 50 Ом. Значит входное сопротивление будет состоять из суммы сопротивления излучения и потерь. Тогда двухметровая антенна будет иметь КПД 36%, полутораметровая 18%, метровая 8%, а совсем короткая 0,75м - 4%. Цифры не учитывают многие факторы и в реальной жизни ситуация может быть даже хуже.

      Что значат эти цифры. Если у вас двухметровая антенна, то 36% мощности вашей радиостанции будет излучено в эфир. Это не лучшие результат, но вполне приемлемый. А если у вас полутораметровая антенна, то только 18%. Укорочение на ~25% привело к снижению КПД вдвое, т.е. для получения того же сигнала на входе вашего корреспондента нужно удвоить мощность! Дальнейшее укорочение вызывает лишь грусть и тоску.

      Но это еще не все. Нужно не только излучить мощность вообще, а по возможности направить ее в сторону корреспондента. Чем длиннее антенна, тем лучше она направляет излучение в нужную сторону - в горизонт. Вы же не работаете с самолетами, только с другими автомобилями или базами? А они как раз находятся на уровне горизонта. Короткая антенна слишком слабо фокусирует излучение, по этому большая часть его бесполезно теряется, будучи направленной под острыми углами над горизонтом. На прием симметрично то же самое - длинная антенна лучше слышит со стороны корреспондента, а котороткая больше хватает помех из воздуха.

      Что же выбрать? Лучше выбрать настолько длинную антенну, насколько возможно. Практически доступны двухметровые и, если возможно, следует ориентироваться именно на них. Более длинные антенны - редкость и удел энтузиастов, но они того стоят. Выбор более короткой антенны должен быть осознанным компромиссом, а не "и так сойдет" по тому, что потом будет "меня никто не слышит". Антенны в метр длиной и короче вообще нельзя рассматривать всерьез, если только не стоит задача связи на трассе на расстояниях порядка нескольких километров, по этому такого типа антенны популярны у дальнобойщиков, которым важна только локальная связь с проезжающими невдалеке коллегами, или могут с успехом использоваться при движении в колонне из нескольких автомобилей.

      Ссылка на оригинал FAQ для новичков - Длина имеет значение
      Комментарии 3 Комментарии
      1. Аватар для UT7UX
        UT7UX -
        Небольшой комментарий от автора. Статья изначально была написана для начинающих сибишников, по этому все линейные размеры брались для длины волны порядка 11м, а частоты - порядка 27MHz. Рассматривались автомобильные антенны, на практике всегда представляющие из себя укороченный штырь с катушкой у основания, установленные на массу автомобиля в качестве противовеса. Задачей статьи было дать общее представление о порядковых величинах, а не проводить глубокий экскурс в физику, по этому изложение максимально упрощено, а многие явления упущены в описании.
      1. Аватар для Вик
        Вик -
        для СВ и УКВ и даже КВ диапазонов большую роль имеет угол излучения к горизонту и поляризация, это тоже надо учесть,часто этот фактор решающий в установлении надежной связи.
        а диаграмма направленности антенны в каждом случае применения залог успеха!
        для сравнения СВ антенны и УКВ на 430 Мгц при тех же пропорциях по пересчету к длине волны и одинаковой подводимой мощности к антенне дадут совершенно разный результат по дальности особенно с разной средой например в лесу или в бетоне, городах.
      1. Аватар для UT7UX
        UT7UX -
        Цитата Сообщение от Вик Посмотреть сообщение
        для СВ и УКВ и даже КВ диапазонов большую роль имеет угол излучения к горизонту
        Разумеется. На УКВ типичный пример - дискоконусная антенна, обеспечивающая отличное согласование в очень большом диапазоне частот, но практически применимая лишь в пределах двух-трехкратной минимальной частоты, т.к. диаграмма делится на два лепестка, один из которых "стреляет" прямо в космос с углом порядка 45 градусов, а второй под таким же углом отправляет электромгнитную энергию в землю, где она частично теряется, а частично отражается во все тот же космос и, таким образом, теряется совершенно бесполезно. В горизонт, к корреспондентам, уходит мизер.

        Цитата Сообщение от Вик Посмотреть сообщение
        поляризация
        На КВ, а в некоторых случаях и на УКВ, поляризация меняется, часто хаотично, по этому выбор поляризации нередко случаен, а возможность вращать ее (достаточно просто дискретно - с горизонтальной на вертикальную) может давать очень выраженный противофединговый эффект.

        Цитата Сообщение от Вик Посмотреть сообщение
        а диаграмма направленности антенны в каждом случае применения залог успеха!
        В своей статье я рассматривал укороченные четвертьволновые излучатели по тому, что почти все КВ/СиБи автоантенны конструктивно выполнены именно так. Было бы хорошо добавить диаграммы, наглядно покзывающие, как с укорочением излучателя диаграмма меняется с ярко выраженной лепестковой с четкими максимумами под небольшим углом к горизонту и глубоким минимумом в зените на "шарик" с максимумом в зените. Приглашаю желающих помочь с наглядной агитацией.

        Цитата Сообщение от Вик Посмотреть сообщение
        для сравнения СВ антенны и УКВ на 430 Мгц при тех же пропорциях по пересчету к длине волны и одинаковой подводимой мощности к антенне дадут совершенно разный результат по дальности особенно с разной средой например в лесу или в бетоне, городах.
        В свободном пространстве теоретически разницы не будет, но практически никто не находится в свободном пространстве и уже даже размер кузова как искусственной земли, сильно разный в длинах волны, будет очень по разному влиять на формирование диаграммы и, как следствие, на результаты в пределах оптической прямой видимости. Ну и потом уже добавляется разная для разной длины волн способность огибать препятствия, никудышняя для дециметровых волн, большее затухание дециметровых волн в лесу, но часто намного лучшее случайное переотражение в условиях города, ну и так далее.