Длина имеет значение
Добавлено: Пт авг 02, 2013 4:39 pmПочему 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
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.
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
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.
Отдельное спасибо за модель с макетом автомобиля, для реальных диаграмм направленности (и опровержения фантастических цифр "усиления" от некоторых производителей антенн) это как раз то, что нужно - знай только подставляй свою длину штыря! 
