433MHz 四分之一波长天线:越长越好?

电器工程 射频 天线 433兆赫
2022-01-27 07:12:01

我正在尝试使用 XY-MK-5V / XY-FS 模块进行射频项目:

链接在这里

我的问题是,即使大多数博客和谷歌搜索这些模块都使用四分之一波长的天线(大约 17.2 厘米),但我的传输比使用更长的天线时更差。当天线长于 30 厘米(接近 1/2 波长)时,我实际上在更长的范围内获得了更好的接收效果。(7米对14米)

所以我的问题是,使用更长的天线有多糟糕?推荐 1/4 波长天线有什么原因吗?

4个回答

其实,这并不奇怪。四分之一波长单极天线 ( l = λ/4) 依赖于垂直于天线的反射平面来充当偶极子。(就像汽车上的 VHF 天线。)没有这架飞机,四分之一波天线将无法正常工作。

正如您所发现的,解决方案是使用一种长度等于信号波长一半的半波偶极天线( l = λ/2)。

使用更长的天线没有害处。推荐四分之一波天线的原因可能是它的天线增益比偶极子高,以及它只是占用更少的空间......它也比“真正的”偶极子更简单。

关于偶极子单极子的维基百科文章信息量很大。

实际上,许多 433MHz 电路板都有一个线圈,在电路和标记为 ANT 的焊盘之间有几个绕组。我使用的 XD-RF-5V 有一个直径为 5mm 的三绕组线圈。5mm x 3 x PI 几乎占 5cm,因此天线的外部部分应该在 12cm 左右才能达到四分之一 λ 的总长度。

我总是觉得天线是黑魔法,但对我来说 12 厘米似乎工作!

在计算天线元件的长度时,请记住使用小于“c”的传播速度,即自由空间中的 EM 辐射速度。对于速度因子,95% 是一个合理的猜测……简单的电线的确切数量目前让我无法理解。此外,同轴电缆中的电磁辐射速度要慢得多,并且针对每种类型的同轴电缆都列出了它。66% 是一个合理的猜测。如果有人试图调整一段馈线电缆,这将非常重要......这里不相关,但值得认识到,同样如此。

OP 询问是否使用“更长的电线”,我想在这一点上提出警告。Johannes 出色地补充说,OP 真正开始于四分之一波偶极子,它使用幻像的后半部分(地球,作为镜子)来制造更合适的天线......半波偶极子。四分之一波长元素的正确方向......原始线......将是NORMAL和STRAIGHT......即,以便找到它所依赖的镜子(地球)。我不知道这个配置必须离地球多高;也许约翰内斯可以回答这个问题。

更重要的是,半波偶极子对新手来说是宽容的,因为它简单的“甜甜圈”(全向)辐射模式,与电线成直角和四周。换句话说,它与共享相互水平关系的其他天线进行通信。电线本身的方向没有增益......(垂直)。

“互惠”原则说,发射和接收天线共享相同的规则手册!好吧,在这样的低功率情况下,这很容易做到。

如果您开始使用更长的偶极天线,您会本能地寻找更高的“增益”。这不是一件简单的事情!您应该遵守使用半波长奇数倍的总长度的规则(由速度因子减少)。如果你的偶极子是对称的,那对新手来说是好事。问题是:更长的天线具有更高的增益……但也有越来越复杂的色散/接收模式;iow “裂片”。(1 表示简单的 1/2 波长偶极子,3 表示 3/2 波长偶极子……包括此长度描述中偶极子的两个元素)等等。你必须了解这些波瓣,否则你将要做你的背后有些严重的抓伤,想知道发生了什么。同样,对发射器有益的东西也对接收天线有益。

然后是反射和屏幕。远离金属物体。在任何常见的屋顶电视天线上抬头(人们从不抬头,哈哈),你会看到一个有源偶极子(顺便说一下,通常是水平极化的)和许多水平极化的反射元件...... VHF 天线有偶极子反射器在不同的长度。当一只鸽子坐在 THE LONGEST ONE 上并损坏它时,您可能会想起失去“第 2 频道”……如果您足够大,还记得人们过去依赖电波而不是有线电视来收看电视的话观看。

已经有一些关于 \$ \frac{\lambda}{4} \$ monopole 和 \$ \frac{\lambda}{2} \$ dipoles 及其相关增益模式之间差异的答案,所以我将增加关于阻抗匹配和特性阻抗的答案。

通过分析简单的等效电路并设置导数,可以证明最大功率传输发生在直流电路中,\$ \frac{dP}{dR} = 0 \$ 这同样适用于复杂的共轭匹配电抗(带有电感的交流电路和电容器)。您的发射机具有有效的输出阻抗,并且由于天线的几何形状、相对于其他结构的位置以及所涉及的材料,还具有相关的复阻抗。为了实现最大功率传输,阻抗必须是复共轭匹配的。

板上的线圈可能是这个匹配网络的一部分。反射系数告诉您有多少功率被反射回发射器并可能丢失。根据您的不匹配程度,您可能会使天线的增益特性相形见绌。

要回答您的问题,更改天线的长度可能会导致失配和断电。长度的实际值可能会受到板上已有网络的影响。