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主题:天线高度和通联有效性的研究(By N6BV,K1TD)
bd8bzy发表于 2023-10-18 17:06
都知道对于DX来说,天线一寸高一寸强。但是到底天线的架设高度,对于发射仰角的影响程度有多大,对于提升远距通联成功率有多少帮助?国外两位科技撰稿人,N6BV和K1TD,在文章“Antenna Height and Communications Effectiveness”(第二版)中对天线高度相关问题做了一些较为深入的探讨,在这里将其精华部分摘取出来,供我们学习讨论。
例如他们经过计算测度指出:在其他条件一样情况下,一个架高40多米的天线可能比一个10多米的天线高出8~10倍的有效发射功率(某低仰角方向),将直接影响通联的成功率。这就提醒我们很多时候不但要考虑天线自身的问题(天馈、增益等),还要严重考虑天线架设高度的问题。
电离层反射

上图是电离层反射示意。当入射角高于临界角,电波直接穿透电离层无法被反射回地面。越低的入射角,(单跳)能到达的DX距离越远。红色的“Skip Distance”意思是越距区,因为有临界角的问题这个区域靠天波反射无法触达。单跳能覆盖的最大距离(0度仰角)大约是4000公里,更远就需要多跳了。因为入射反射角度是一样(镜像)的,每多一跳所覆盖及传播的距离都会增加一倍。因此图中B大约是A的两倍距离(地面及传播路径)。第一跳的入射仰角决定了后继跳的入射仰角。
一般来说电波能经过两、三跳,某些条件下最多能到四、五跳。
对于每一跳来说,经过电离层(特别D层)时都会有大量的能量吸收、各个方向散射,电离层只是能将一部分电波反射(其实是逐渐折射)回地面,而地面也会有大量散射。因此只有一小部分电波能从发射站传播到接收站。在图中B站的接收中,通过单跳过来的信号,要比两跳过来的信号可能高上五到十倍(地形的反射情况、电离层的情况等很多变数)。每一跳的信号损失大约在7~10dB之间。这就是为什么一般很难超过四、五跳。

平地上的水平偶极天线
水平偶极天线是很多天线分析理论的基础,同时也是实践中常用的天线,因此有必要先探讨下水平偶极的辐射图。
因为大地对于短波天线来说相当于一个反射器,短波天线的辐射都要受到大地的影响。水平放置的天线,大部分向下的发射都会被大地反射上来,与其他方向的发射结合到一起生成辐射图。这其中的影响因子有天线高度、频率、其下及周边地面的电气属性等。
结合出来的辐射图,有的方向上会波峰-波峰叠加,总体效果增强;有些方向波峰-波谷叠加,降低辐射。形成的辐射瓣主要受到天线高度的影响,大地的电气属性也会有一点点轻微的影响。

上图是水平偶极天线在不同的架设高度下的竖直方向辐射图,其中深色的线为1个波长架设高度,它被拆成了四个辐射瓣;浅色的为1/2波长架设高度,有左右两个辐射瓣。
低高度天线的发射角度峰值在30度左右;更高天线的峰值在15度及50度左右,不过注意它在某些方向上有洞(两个侧瓣之间。所以说如果给定所需发射仰角的话,天线在某些高度时也可能会出现很低的效率,说明天线过高了。天线一寸高一寸强不是完全绝对的)。
规律上来说,天线越高,增加出来的侧瓣就越多(每个瓣的最大峰值大致是一样的),最下面一瓣就能越贴近地平线。最低角度峰值的公式是(理想地面):

其中θ是最低(峰值)仰角,h是天线离地的波长数。
所以对于DX来说,一般天线越高发射仰角越小。实际地面的电气状况会造成一些影响,但不大,不影响结论。
yagi之类的波束天线虽然辐射图
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回帖(39):
39楼:卫星高。下次发卫星就发个带有倒V的。
38楼:受益匪浅
37楼:bg7rff:现在有多啊少人能有条件在楼顶架天线?就是在平地又有多少 ..

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