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业余无线电通联中的驻波问题(阻抗,电抗,感抗的影响) [复制链接]

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离线bd2mc
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只看该作者 40楼 发表于: 2019-05-13
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bd2bh:好天线必须具备一定的谐振长度,这是提高天线辐射效率的基础。
1、在架设环境、高度、振子直径和天线形式确定之后,天线是否谐振只与振子长度有关。
2、比如常见偶极半波长、1/4、1/2、5/8 .. (2015-04-15 19:59) 

学习了...长知识,阻抗 谈的比较多,电抗和感抗谈论的比较少,这两个也应该是影响天线的 ~
星空的闪电
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只看该作者 41楼 发表于: 2019-05-13
学习了...长知识

1 bh4osf 从14年下半年开始玩短波,自己也尝试着做短波天线(从UV开始没用过单独买的天线都是自己做),跟本地的HAM交流,一般认为好的天馈组播越低越好,不把驻波调到1.5以下不算调整好。在我的实际通联中,50W,diy的GP天线,驻波2以上(当时忘带天分,玩的时间短也没仔细调)从山东潍坊到鄂尔多斯58的报告,也看了一些帖子和资料,驻波最低的时候未必是***最强(忘了是怎么说的)。
所以我们现在是不是过分的追求驻波最低?
我的理论水品不是很高,喜欢看着比人的理论和经验自己瞎捣鼓。
2 BD7IWW  真正的好天线SWR小于1.5即可,但阻抗应接近50欧,电抗趋于0欧。
3 bd4sg 曾经也听到过这样关于SWR的讨论。
最终结论,没必要执意追求驻波<1.5,特别是DIY的天线,受气候变化导致SWR波动很大,只要能够保持在<3,这个安全发射范围就比较好了。
4 bd2bh  好天线必须具备一定的谐振长度,这是提高天线辐射效率的基础。

1、在架设环境、高度、振子直径和天线形式确定之后,天线是否谐振只与振子长度有关。
2、比如常见偶极半波长、1/4、1/2、5/8波长垂直天\线等。即便是缩短型,天线缩短率不得低于基长度的60-70%,否则谐振再好,匹配阻抗再佳,净空高度再好,效率都大打折扣。这还不包括馈系统的插入损耗,地面损耗。同样的缩短天线,特别是根部馈电单极天线,是按照1/4还是1/2波长设计缩短率,其效率完全不同的。又比如40m天线20米可以谐振,1m2长也可以通过加感等形式让天线谐振,但效率就可想而知了,因此尽量选用标准的全尺寸天线。
3、为了进一步提高天线效率,可采用串联相位线做n x1/2 ,nx5/8形式,其目的都是提高谐振天线的电气长度。

好天线必须做到阻抗匹配,这是天线系统成功的前提。
良好的天线设计、调试,首先要考虑的是天线谐振长度,其次再考虑驻波的大小,即输入阻抗应尽量做到50欧纯状态。

因此,好天线一定是谐振,匹缺一不可。我们很多恰恰相反,做天线往往只考虑驻波比是否漂亮,从不考虑天线自身是否谐振。如果你分析一款好车载短波天线,你会发现天线不仅振子谐振长度可调,其根部一定有阻抗匹配线圈,没有匹配的天线驻波再小也不能算作好天线。

这就像曾经讨论过的,端馈半波长天线,我们把天线 振子固定为某个频率的1/2波长,却总是幻想用单一的振子涵盖40-10米多个波段,驻波是调整下来了,但是天线却不是每个段都谐振,不是纯阻状态,其作用和结果只能是长线+天调,大多数情况下已经跟谐振半波长端馈天线无任何关系了。因为“天线”阻抗与发射机匹配,无论输出端是假负载,还是天线振子,输出功率虽然相同或相近,但天线辐射效率却大相径庭。

5 十二少   樓主真心的交流,在下也講一下,調幅波在AM單邊帶波段話音不能有效幅射出去,你的天線做到1:0也沒用等如假負載,但是你的天線是1:1.5回路得到匹配其效果差一點起碼有一點發射出去,你是用直立天線加線圈縮短型,要搞好匹配阻抗,和導體長短的回路關係
6 BG8AQA FROM CD   个人觉得有几个问题容易混在一起,应该分开、否则可能永远纠缠不清。

分别是:驻波、效率+增益、谐振

其中驻波关系最大的是发射机末级安全,驻波大、反射功率就大、发射机末级可能会稍后或保护。
(顺带的,①当然驻波大,真正输送到天线再发射出去的能量就少 ②驻波大时同轴电缆的损耗也大)

效率我觉得首先跟天线长度有关,毕竟射频电流在这里变成电磁波(电场-磁场-电场。。。),肯定是一寸长、一寸强。可能会有人问“既然如此,为啥不把天线做的尽可能的长?只要环境允许”  "为啥经常看到的都是1/4、1/2波长天线,而不是n倍波长天线、m倍波长天线?"  那是因为1/4波长作为基础振子具有的阻抗最容易匹配、并且具有比较容易使用的方向瓣图(场型),综合考虑下来就成为各种天线中首选的基本单元。另外振子大于1/4波长后就反相了,不能保证“叠加”,事实上确实有变形的偶极天线振子超过1/4波长,中间采用1/2波长移相线,这样既增加了电磁波交换的长度、又使得辐射是“叠加的”,ARRL天线手册上有,忘了名字。

效率还跟天线的辐射电阻有关,辐射电阻其实是人虚拟出来的——射频电流到了天线就辐射出去了,变成了电磁波,但看起来类似于“消耗掉”了,人就设想了一个电阻来表述它,并且正好又可以表征射频电压和射频电流的关系,也满足馈线-天线阻抗匹配的需要。

效率还跟匹配网络有关,如果一个天线本身就是50Ω,则可以跟源直连,效率就高,但如果阻抗不是50Ω,则需要通过匹配网络,但不同的网络有着不同的匹配效率(匹配损耗?插入损耗?)

辐射电阻高除了匹配困难外不知道还有没有啥缺点,但辐射电阻低的天线无疑效率很低,比如鞭状缩短(加感)天线、跟波长比物理尺寸很短的天线,都需要加感、顶部加载来提高辐射电阻(据说这类天线首要任务是提高辐射电阻、然后再设法与发射机匹配)
(我也没有弄明白的一个说法是,ARRL手册某处说电磁场强度主要是取决于射频电流,辐射电阻低的天线电流更大、因而更好——跟前面短天线因辐射电阻过低效率低的说法有矛盾——我也没有完全理解,不知道是否可以理解为太低、太高都不好,接近50Ω最好,所谓小、电流大,是拿简单偶极天线跟折合振子之类的比较)

增益则主要是方向增益,天线又不是有源器件,并不会“放大”信号,只是浓缩和集中,就跟放大镜一样,那么天线的类型、高度和周围环境(包括地面导电率等)就共同决定了水平、垂直方向瓣图、也就是场型,其实就是接收、发射能不能在一个方向上集中?还是四处发散?前者在你瞄准的方向上(主瓣)自然有更高的灵敏度、更集中的能量。

7ck等大佬一再强调谐振天线的重要性,我没有亲身(或专门)感受过谐振、非谐振天线的差异,但想象二者应该是有很大差异的,从机械振动(比如乐器)角度,谐振就是“合拍”、就是“同步”,信号会不断加强(拿吉他的弦或者钟摆设想下),另外在接收时谐振天线是不是对带外信号有一定的抑制作用?(谐振回路的选择性)
(不过这里也有一个我没有完全明白的问题,通常谐振回路Q值越高选择性越好、反之亦然,但实际工作的天线,我们通常希望带宽越大越好,换成Q值的角度,难道低Q值的天线比高Q值的好?)

电气上“谐振”的严格定义是天线阻抗呈纯电阻,没有电抗成分(或者由电抗、用相反的抵消——共轭匹配),这就不是驻波表能够测量的了,必须用矢量网络分析仪去测试,比如kc901s,另外同轴电缆的长度不会改变驻波比,但是会影响阻抗(带来相位改变),因此对天线本身严格的测试还需要在馈线末端(也就是天线入口)进行校正,这样才能保证矢网测的结果是天线,而不是“馈线+天线”

驻波比确实是一个反应射频功率有多少辐射、有多少被反射了的简洁指标,但并不足以全面的说明天线的确切状态,要确切了解、改进和尝试研制天线,还是得vna。
(swr应该反映的是馈线+天线的复阻抗的实部与特征电阻的差异,我推测,比如一个天线是纯电抗,虽然也呈现50Ω,也就是Z=0±j50,同样无法获得小的驻波比,因为只有电阻才吸收能量,电抗元件或电抗成分不吸收)

因此实际工作的天线,是要综合考虑各个方面,最后权衡和折中,而且影响的方向是不同的,比如swr首先是发射机末级安全与否。再比如5/8波长天线,不谐振,但用得不少,并且效果也还不错,一个是阻抗好匹配,一个是垂直方向瓣比较低,适于本地通讯,比如车载u/v。

我比较懒,实践很少,只是瞎看些书(也没有梳理成体系),有些感受、猜测,也有困惑,乘机跟帖,看有没有大侠可以释疑。
7 永远的FM    首先电气长度或等效长度应该是一个特定参数,保证辐射效率
在此前提下再调整阻抗,电抗接近0,电阻接近50
不要把天线调成一个假负载
8 bg5cps  首先天线是个无源器件,本生是不存在什么增益的。
所谓增益只是指把有限的能量集中到某一个范围内,造成相对于未集中时信号的增强,其实就是牺牲一部分来成全另一部分
天线的阻抗与驻波可以分成两个独立的部分,阻抗(天线阻抗纯电阻)这个作为独立一部分,当天线型式确定安装固定后,就已确定下来了,驻波与天线容抗,电抗作为一部分,容抗、电抗与驻波是直接相关的,与阻抗无直接关系,我们调驻波调的其实是在用电容或电感去抵消天线的容抗与电抗,最佳状态就是天线容抗电抗反射回来的都让它反射回去,看上去好像能量都回到天线上去了跟直接谐振没啥区别,但是实际上电流来回在折腾就会在导线上产生更多的损耗,自然效率就低了,天线最终的效率其实就是向有用空间辐射的能量与输入的能量之比。从能量守恒角度来说就是,给你100W的功率,你损耗的多,自然发射出去的就少,同样,你发射出去的少,肯定就是损耗的多,当然不会凭空消失,肯定是有去处的。
天线带宽与Q值,其实也好理解,既然天线是谐振的,那么我们就当他是一个LC的谐振回路,我们可以用它做接收的调谐,当Q值高时先择性就好,其实就是对选择频率以外的频率衰减的够多,但并不是说就减到零,当Q值低时,像质量差的收音机临近频率就可能出现串台,其实就是接收通道的宽度带宽增大了,天线也一样,当天线Q值高时,在某一频点上状态很好,离开这个频点后,迅速变差,当Q值低时,则会相对缓慢一点。但与LC谐振不同的是,LC的Q值是因为回路中有电阻大小影响,电阻大,Q值低,效率也低,而天线则可以通过增加振子导体的面积等手段来降低Q值,并且不会降低效率,只是会增加带宽,天线的带宽并不是越大越好,会增加设计难度增加成本,并且抗干扰能力下降,都说小环天线背噪小,其实是因为它的带宽小,所以抗干扰能力强。
关于在A处测试调整好谐振点的天线挪到B处谐振点又会偏,这其实是我们把天线单独拿出来看待了,而事实上它与周围环境是一体的,我们要求把天线架高,并不仅仅是因为站的高看的远(UV有这个原因),而是为了减小环境影响,或让环境产生我们想要的影响。
纯属个人理解
9 bd2tk   一副好的发射天线是没有电感的,或者说只有呈现一个纯电阻特性的。根本不存在什么电抗和感抗的。12楼朋友阐述的就比较明了,这里就不用熬述了。DIY短波天线我的观点就是要想得到好的效率,就要遵守谐振长度,使天线在所用的波段频率上是谐振的天线,这一点是天线效率的重要一点,用加感方式达到谐振其效率不会很高,这是其一。其二就是要确保天线的阻抗达到发射机输出阻抗要求,这一点就要使天线的安装形式即馈电点与两臂的夹角尽量调整使之特性阻抗达到发射机输出阻抗。天线的形式和周围的环境高度等是直接影响驻波大小的直接原因。
        50~70欧的全尺寸谐振天线,还是比所有的加感谐振天线效率要高出很多的,这是不用怀疑的。
        理想的是用一副天线玩便短波全频段,无论是80米还是6米连续谐振的全尺寸、可伸缩、可微调、低驻波,达到免修剪的理想天线,受用终生。一劳永逸。
10  
星空的闪电
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离线bg6waj
只看该作者 42楼 发表于: 2019-07-08
按照对这些总结性知识的综合理解,我能否这样认为,在振子为1/4波长或1/2波长(左右)的前提下,天调可以将驻波调下来,感抗电抗问题解决,这时只要将振子与馈线阻抗调成匹配,天线效率就能起来了,不至于成为假负载。这样理解是否正确?
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只看该作者 43楼 发表于: 2020-05-13
回 bg6waj 的帖子
bg6waj:按照对这些总结性知识的综合理解,我能否这样认为,在振子为1/4波长或1/2波长(左右)的前提下,天调可以将驻波调下来,感抗电抗问题解决,这时只要将振子与馈线阻抗调成匹配,天线效率就 .. (2019-07-08 11:48) 

在理想的天馈系统里,馈线是不参与辐射的。只是起到一个射频电流的通道作用。通过天调能把天线的驻波调下来,能和电台匹配,相当于天调也参与了谐振。所以最好的的安装方式是天线+天调+馈线+电台。但往往不具备这样的条件就会是天线+馈线+天调+电台,这个时候如果天线和电台不匹配通过天调来调整的时候,馈线就会参与到谐振中去。个人理解,共同探讨,请勿拍砖。
呼号:BG6SQH
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只看该作者 44楼 发表于: 2020-10-17
关于谐振不谐振大家都说了很多了
我说个实际中有关谐振的例子
部队过桥的时候不齐步踏步走  是怕桥谐振了塌了  
都想着一副天线各个波段通吃 只能是个美好的想法
实际中  大家去饭店就餐  都是点的单品菜  一盘鱼香肉丝  一盘宫保鸡丁  一盘醋溜白菜  一盘大盘鸡
为啥不让厨师把这些菜都装到一个盆子里面   那不成了大杂烩菜了吗    你别管单品菜 还是大杂烩菜  吃到肚子里面还不是搅和一起了吗
要想效果好  就老实的用单波段天线  调的自然谐振   尽量架设高一些   可能的情况下尽量用大天线   想信号不好都不容易  
BH3ONM  刘海东
439.775 -6  91.5 收发亚音
439.400 -9.025  88.5 收发亚音
438.500 公共直频
离线小朱
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只看该作者 45楼 发表于: 2021-11-22
回 bg6sqh 的帖子
bg6sqh:在理想的天馈系统里,馈线是不参与辐射的。只是起到一个射频电流的通道作用。通过天调能把天线的驻波调下来,能和电台匹配,相当于天调也参与了谐振。所以最好的的安装方式是天线+天调+ .. (2020-05-13 11:14) 

天调在天线的根部方式好
呼号:BG6BPH


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只看该作者 46楼 发表于: 2023-06-12
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只看该作者 47楼 发表于: 2023-07-14
学习了顶一个
离线李勃
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只看该作者 48楼 发表于: 2023-12-11
玩无线电必须要学习的知识
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只看该作者 49楼 发表于: 2023-12-31
学习了
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