天线长度与发射效率的关系 [复制链接]

短于半波长的天线效率肯定不如半波长的天线！
那么大于半波长的天线效率会不会一定大于半波 长的天线呢？因为在做多波段天线的时候，经常会出现大于半波长这种情况。如果是，最长是多少时效率将不再增加？

7兆天线在21兆谐振匹配通常很好，尤其是简洁的单极和双极形式。

现在，我使用的两单元三角形环形天线，天线振子总长度，110米。
在7兆，通联国内友台，它的通联效果，就不如以前，我架设的40米长的斜拉端馈天线。
因为，我架设大尺寸天线的目的，是为了改善通联DX的效果。
几年的使用体验，它确实比端馈天线，好一些。

使用天线模拟软件，利用它的算法，看一看彩色的3D立体辐射图，
一目了然。
例如：一根20米长的端馈天线，在不同的波段，分析结果是不同的。
在7兆，它是半个波长。
在3.5兆，它是四分之一个波长。
阻抗值，在不同的波段，也是不同的。

以我为例：
我的两单元三角形环形天线。
在7兆，它的发射立体图。像一个水平放置的数字8。仰角也比较低。
然而，在160米长，发射立体图，就像一个放在地面的球体了。是高仰角的。
在10米波段，发射立体图图，像花瓣……

业余电台的大部分比赛大台，主要使用定向天线系统。
追求低仰角，极好的前后比和方向性。
目的就是，把发射功率，尽可能的集中在一个方向。
优点，听听他们的信号，就知道了。
缺点是，那种天线，不太适合近距离的通联。
因此，不能简单地评论某个天线系统的好和不好。
要根据不同的通联情况，使用合适的天线系统。
例如，在7兆，近距离的国内通联，8米高倒V天线的通联效果，能超过，那些架设在30米高塔上面的，八木天线系统。
哈哈～

通俗点说，相同输入功率，天线长度超过半个波长，天线波瓣数量就越多越复杂，在远处某一个点接受到的信号强度就越弱。

bd4lb:@bh4bin  
户外露营通联的时候，我分别测试过：10米长的端馈天线，20米长的端馈天线，在7兆的通联情况。
（当时，是去年六月份的早晨，在7.023兆。我听到上海的BH4FCD在呼叫，我先用10米长的端馈 .. (2025-02-17 04:47) 

坚决支持楼主

@bh4bin  
户外露营通联的时候，我分别测试过：10米长的端馈天线，20米长的端馈天线，在7兆的通联情况。
（当时，是去年六月份的早晨，在7.023兆。我听到上海的BH4FCD在呼叫，我先用10米长的端馈天线应答颜先生，可惜，没有成功。后来，我改用20米长的端馈天线，应答颜先生，报一次呼号，就叫通了。）
支撑杆的位置不变化。发射功率不变化，10米长的端馈，天线振子从地面斜拉向上，到达支撑杆顶部，指向正南方向。
20米长的端馈，其中的10米天线振子，位置没有变化。另外10米长的振子，从支撑杆顶部，斜拉向下，末端与地面的高度约1米，指向正西方向。
那次测试，只能说明，20米长的端馈，效果好一些。因为，只是一次测试，影响通联的原因太多，测试结果不一定准确。
毕竟，天线的通联效果，不是天线的效率。
天线的效率，通常的理解，应该是能量转化效率。
方便的话，请deepseek解释一下吧？
以下，是户外露营通联的照片。
10米长端馈天线。
G90S，使用它的内置自动天调。
20米长的端馈天线。

在使用天调的情况下，如果一个设计用于7MHz的半波振子天线被用在21MHz的发射机上，它的增益是否和原本设计在21MHz的半波振子天线一样？发射效率会增加吗？

deepseek的回答：
好的，我现在需要仔细分析用户的问题。用户之前已经问过关于将7MHz半波天线用于21MHz的情况，现在他们进一步询问如果使用天调的话，增益是否相同，效率是否会提高。

首先，我得回顾之前的回答。之前提到，没有天调时，阻抗失配导致效率下降，增益也不同。现在用户引入了天调，也就是天线调谐器，这可能解决阻抗匹配的问题。

接下来，我需要确认天调的作用。天调主要是调整阻抗，让发射机看到匹配的负载，减少反射功率，从而改善SWR。但是，天调本身不会改变天线的物理特性，比如辐射方向图或实际辐射效率。

然后，增益方面，天线的增益主要取决于其结构和方向性。7MHz天线在21MHz时是三次谐波，可能形成全波振子，方向图会有多个波瓣，旁瓣增多。而设计在21MHz的半波振子方向图更标准，增益可能更稳定。所以即使用天调调整了阻抗，两者的方向图不同，增益可能还是有差异。

关于效率，使用天调可以改善阻抗匹配，减少反射损耗，所以发射机输出的功率更多进入天线。但天调本身有损耗，尤其是如果使用低质量的调谐器，损耗可能明显。此外，天线在21MHz的辐射效率可能由于趋肤效应或其他因素降低。因此，整体效率可能比不调谐时好，但可能仍不如原生的21MHz天线。

需要考虑用户可能的误区，他们可能认为天调能完全解决所有问题，但实际上天线的物理谐振和辐射特性无法改变。需要解释清楚，天调只是在阻抗匹配上起作用，不能改变天线的实际长度和谐振特性导致的辐射效率。

还需要检查是否有其他因素，比如天线的带宽。7MHz天线在21MHz可能带宽更窄，即使调谐到21MHz，对频率的变化更敏感，影响实际使用中的稳定性。

总结起来，答案应该是：使用天调可以改善阻抗匹配，减少反射损耗，但天线的增益由于方向图不同可能不如原生21MHz天线，而效率可能有所提升，但仍受限于天线的物理特性，可能不如专用天线高效。需要强调天调的作用和限制，以及实际应用中的权衡。

在使用天调（天线调谐器）的情况下，设计用于 7MHz 的半波振子天线 被用于 21MHz 时，其增益和发射效率的变化需要结合以下关键因素分析：

1. 增益是否与原生21MHz半波振子相同？
关键差异：天线的物理特性与方向图
7MHz天线在21MHz的物理状态：
7MHz半波振子的长度（约21米）对应21MHz的 1.5倍波长（三次谐波）。此时，电流分布会形成 全波振子模式，方向图分裂为多个波瓣（主瓣变窄、旁瓣增多），与21MHz原生半波振子的“面包圈”方向图不同（见图1对比）。
→ 增益特性不同：全波振子的理论增益可能略高于半波振子（例如3.8 dBi vs 2.15 dBi），但实际有效增益因方向图分裂而可能更低（能量分散到旁瓣）。

21MHz原生半波振子：
其方向图是标准的“半波振子”模式（最大辐射方向垂直于天线），增益稳定在约2.15 dBi。
→ 增益无法等同：即使通过天调实现阻抗匹配，两者方向图差异导致实际辐射增益不同（尤其是主瓣效率）。

结论：增益不同
即使天调改善了阻抗匹配，7MHz天线在21MHz的增益仍与原生21MHz半波振子不同，因其方向图复杂化导致能量分散。

2. 发射效率是否会增加？
天调的作用与限制
天调的核心功能：
天调通过调整阻抗匹配（例如将天线的高阻抗转换为发射机所需的50Ω），降低驻波比（VSWR），减少反射功率。
→ 表面效率提升：发射机“看到”的负载匹配，更多功率进入天线系统。

实际辐射效率的限制：

天线自身损耗：
天调本身有损耗（尤其低质量天调可能损耗10%~30%功率），且天线在非设计频率的辐射效率可能因趋肤效应、介质损耗等降低。

辐射效率的物理本质：
7MHz天线在21MHz的电流分布模式（全波振子）可能导致更多功率耗散在非辐射模式（如近场耦合或导体发热）。

与原生天线的对比：
原生21MHz半波振子无需天调即可直接匹配，辐射效率更高（无天调损耗）。

效率对比
无天调：7MHz天线在21MHz时，阻抗严重失配，效率极低（可能＜20%）。

有天调：匹配后效率提升（例如50%~70%），但仍低于原生21MHz天线（可能80%~95%）。

结论：效率部分提升，但低于原生天线
天调可改善阻抗匹配，减少反射损耗，但受限于天线物理特性与天调自身损耗，效率无法达到原生天线的水平。

3. 实际应用建议
增益需求：若需稳定方向性与最大增益，应使用原生21MHz半波振子。

效率优化：若必须复用7MHz天线，需选择低损耗天调（如磁环天调），并尽量缩短馈线长度以减少损耗。

辐射安全：注意天线在21MHz的辐射方向图可能导致意外干扰（如旁瓣指向敏感设备）。

总结
增益：7MHz天线在21MHz的增益与原生21MHz半波振子不同（方向图分裂）。

效率：天调可提升发射效率，但仍低于原生天线（物理损耗+天调损耗）。

推荐方案：如需高效工作，应使用专为21MHz设计的半波振子天线。

楼主，我建议您，亲自测量一下，20米长同轴电缆的损耗。
具体方法：
1：使用一根长度50厘米的，50欧姆的同轴电缆跳线，连接短波电台的天线座和驻波功率表的输入端。
驻波功率表的输出端，接50欧姆的假负载。
用功率表测量短波电台的发射功率。
例如：20瓦功率。
2：把短波电台和驻波功率表之间的，长度50厘米的那个跳线，更换成20米长的同轴电缆。
用短波电台，发射同样的20瓦功率，看一看功率表测量的功率值。
是不是小于20瓦了？

我买的，长度20米的50-3同轴电缆，20瓦的发射功率，它的损耗约3瓦左右。非常明显。

短波天线系统的损耗，是包括同轴电缆损耗的。
它也会影响天线系统的能量转化效率。

至于，使用不同长度的天线振子，会不会影响能量转化效率。我没有办法测量出来具体的数据。
例如，分别使用，10米长的振子，20米长的振子，制作的两套天线系统，都能在40米波段，正常发射使用。
但是，准确测量它们能量转化的时候，产生的热量值，对我来说，太难了。

哈哈哈～

其实这个问题很简单，就相当于你在问，12v100w的灯泡和220v100w的灯泡谁的功率大，或者说谁亮

很简单的一个问题哦，我举个小学数学的例子：你单位2024年春节发福利，你一共分得10袋大米，你开始给家人和亲戚送礼，自己妈家送2袋，岳母家送2袋，哥哥家送2袋，妹妹家送2袋，自己留2袋，大家都挺高兴！ 今年春节单位又发福利，你一共分得10袋白面，你又开始给家人和亲戚送礼，但是情况有变，你给自己妈家送了4袋，给岳母家送了1袋，哥哥家送了1袋，妹妹家送了1袋，自己留了3袋，结果自己妈非常高兴，岳母、哥哥、妹妹都不高兴，自己媳妇挺高兴，楼主明白了吗？

楼上解释的天线增益随着长度——或说波长的倍数关系长度变化解释的很清楚，现在不考虑增益问题，只考虑辐射出去的功率是不是也会变大？

图片:Snipaste_2025-01-20_16-49-46.png

这种测量方法，我认为，只有专业的科学家，才能做到。

楼主，以下是百度百科，对天线效率的解释。
天线效率是指天线辐射出去的功率（即有效地转换电磁波部分的功率）和输入到天线的有功功率之比。它是恒小于1的数值。
天线效率一般定义为天线的辐射功率与输入功率之比。由于天线效率是辐射功率与输入功率之比，很自然地它就把方向性系数和增益联系了起来。
天线效率的测量方法：测量天线的质量以及在预定工作频率的回波损耗，并根据天线的材料获取天线的比热容值；将天线按面积平均分为多个等份；将频率为预定工作频率、功率大小为预定功率的信号输入天线，以使天线工作；在天线达到热平衡时，测量每等份的工作温度值以及天线周围的环境温度值；根据比热容值、质量、每等份的工作温度值以及环境温度值计算得到天线的耗散热量，并根据预定功率和回波损耗计算得到天线的输入功率；根据输入功率和耗散热量计算得到天线的效率。

没想到一个问题会引出这么多思考，很是开拓了我的思路。虽然我光知道使用，但从朋友们的回复里也学到了不少知识。感谢大家！
WSPR BESCON在所有外部环境 不变的情况 ，可以测量出联通某地需要的最小功率，这个结论前提太多了：传播的原因，天线波瓣的原因，接收与发射天线的配合（极化方式）……都会造成结果不同。
其实我的问题简单点表述，就是是不是天线越长，在馈入相同功率的条件下，辐射出去的功率越多。举例说明:
给天线馈入5W功率，天线辐射出4W功率，它的效率是80%，如果把这个天线加长一点，辐射出去的功率会不会成为4.1W?
BA9BF理解的更详细。

@BA9BF  
不正面回答，主要的原因是，楼主的问题，我觉得：只有研究短波天线的专业科学家，才能解答。
涉及，测量和分析，定量的数据报告。

我的回答，是根据自己的试验和体会，是我对天线效率的理解。
直接测量天线的效率，获得数据报告，我是做不到的。
哈哈哈～
其实，楼主架设两种天线，对比测试一下，也能大概知道，两种天线的某些区别。
业余电台的乐趣，有些方面，就是体验………
对某些有怀疑的事情，去验证一下。。
例如：我玩儿WSPR BEACON，逐步降低发射功率，我发射的信号，被解码的次数，会越来越少。这种现象，应该是正常的。
最终，我总能找到，不能被解码的时候，我的发射功率，是多少瓦。
我用1毫瓦功率，发射好多个夜晚了。通常，持续十几个小时。
一直没有被解码。
日本友台，JA8INU，他发射1毫瓦的信号，能被8000公里之外，较多的北美台解码。
他和我，有完全不同的体验……

也许，他的天线系统，发射效率确实非常高。
也可能，他的发射功率不是1毫瓦，太大了……

10楼的蛤蟆，你现在使用3毫瓦的功率都能通联通联到DX电台。你的天线发射效率确实高！
给你点赞！
   楼主提出的问题，我看了一下，没看到正面的直接回答答案。
    楼主的问题是：短于半波长的天线效率肯定不如半波长的天线！
那么大于半波长的天线效率会不会一定大于半波 长的天线呢？

   请回答？

我在做435MHZ 同轴馈线天线的时候，发现一个现象：8单元的天线必须认真制作套筒匹配以减小SWR，随着单元的增加，当我做成19单元的时候，匹配的作用基本消失，也就是不再用匹配了，但SWR很好。
然后使用NANOVNA测量天线时，天线离地面1米高水平放置，我用取下天线的UV5R靠近天线大约0.5米远，从天线根部向顶部移动，发现天线根部的辐射强度最大，项部最小，中间依次减小。
这是不是说明，天线辐射出去的信号越多，swR越小，如果有部分辐射不出去就会形成反射，这时候必须做套筒匹配以减小SWR。

准确测量和定量分析，某个天线系统的效率等参数，也许，只有科学家们能做到。
我是做不到的。

我只能根据自己的实际情况和能力，去找到：被DX台解码的最小发射功率，是多少。
间接验证一下：天线系统的效率。
哈哈哈。