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天线的最佳长度——教你如何选择天线

 天线是一种外形结构简单、性能评价因素复杂的设备。描述天线特性的参量包括电波极化方式、电波方向图、波瓣宽度、方向性系数、增益系数、输入阻抗、辐射效率、中心频点、信号频宽等。参量指标优越的天线有利于提高电波信号质量,增强无线通联效果。但是,在天线的实际设计和应用过程中,很难做到“鱼肉和熊掌兼得”,即无法全面兼顾天线的众多参量指标,必须根据实际情况,做到必要取舍。

对于业余无线电爱好者而言,选择天线需要综合考虑使用电波波段、通联距离、通联方向、使用场合、架设方式、成本费用等使用因素,以及输入阻抗、频带宽带、中心频点、输入功率、增益、驻波、方向图和前后比等天线特性。

1、电波波段,是指天线辐射的电波信号处于哪个波段。每种天线都对应一定应用频段和波段,不能跨波段使用单波段天线。在性能方面,单波段天线的性能一般优于多波段天线。

2、通联距离,是根据通联信号覆盖范围考虑选用何种天线类型。不同类型天线的辐射效率不同。在相同的条件情况下,定向天线(如八木天线)辐射效率高于全向天线。

3、通联方向,是指选用天线时需要考虑通联时的电波信号的发射/接收方位。单一方向通联使用时,可以选用定向天线,提高通联效果;不定方向通联使用,则必须降低通联效果而选用全向天线。

4、使用场合,主要是指天线的手持、车载、基地等使用方式。不同场合使用的天线都具有一定的场地应用特点,例如,手持机应选择小巧灵活的天线,车载应选择风阻小的天线,基地台应选用效率高的天线。

5、架设方式,是指在选用天线时需要考虑用户的架设场地、极化方向等因素。V形天线架设高度与波形长度有关;车载天线尽可能安装在车顶中部;UV段八木天线要侧立安装,产生垂直极化电波。

6、成本费用,体现出业余无线电的“适度”精神。性能优越的品牌天线,其价格一般均较高,而自制天线虽然性能有欠缺,但费用低廉,因此架设无线电台时,最好充分调研各种天线信息,做好费用预算。

7、输入阻抗,主要是考虑系统连接时的天馈系统匹配问题,其涉及到电台发射模块、馈线及天线等设备。阻抗匹配优良的天馈系统,可以降低驻波值,减少电信号传输过程的损耗,提高通联效果。

8、频带宽度,是指天线的工作频率范围,一般对应于中心频点的上下对等频率范围。在中心频点的频带范围内,天线效率较高,增益较大。在短波通联中,常应用天调以扩大频带宽带,并使天线工作效果最佳。

9、中心频点,是天线性能最好的工作频点,此时天线效率最高、增益最大,驻波最小。对于业余无线电应用而言,应将常用频率范围的中间值定为天线的中心频点。

10、输入功率,是指天线所能承受的最大输入功率。天线都有一定的输入功率限制,因此,由电台输入至天线的功率不能超过天线最大承受功率,最好为其最大承受功率的2/3为宜。

11、方向图,有助于分析信号的覆盖及分析信号传输情况,提高通联效果,尤其是在依靠天波和地波传播信号的短波通联时,必须根据天线架设的高度、波长等信息分析波形方向图。

12、前后比,是指天线所产生电波的主瓣最大值与后瓣最大值之比,用于描述天线辐射电波能力的方向特性。天线的前后比值越高,发射时前方能量越集中,辐射电波信号越强。

此外,再次特别提醒大家,天馈系统的驻波值与天线效率之间没有直接关系。“驻波比越小,天线效率越好”、“驻波比越小,通联效果越好”等观点,都是片面的理解。

很多“火腿”在安装制作自己的天线时,觉得天线越长,发射或接受信号的效果就越明显。其实天线并不是越长越好,只有在最合适的范围内,天线的作用才能发挥到最大。我们知道有一些参量可以影响到天线的发射或接收的特性,如方向,天气,周边环境,质量,安装方法,寿命,噪声温度等。其中天线的长度也是一个很重要的因素。

那么,天线到底在什么长度时,才能达到最佳功效呢?

理论和实践证明,当天线的长度为无线电信号波长的1/4时,天线的发射和接收转换效率最高。因此,天线的长度将根据所发射和接收信号的频率即波长来决定。只要知道对应发射和接收的中心频率就可以用下面的公式算出对应的无线电信号的波长,再将算出的波长除以4就是对应的最佳天线长度。

频率与波长的换算公式为:

波长=30万公里/频率

=300000000米/频率(得到的单位为米)

例:求业余无线电台的天线长度

已知业余无线电台使用的信号频率为435MHz附近,其波长为:

波长= 300000公里/435MHz

= 300000000/435000000

= 300/435

= 0.69米

对应的最佳天线长度应为 0.69/4 等于0.1725米

当频率为439MH时,大家可以将计算公式简化为

波长=300/439

=0.683米

最佳天线长度为0.683米/4,等于0.17米