小天线为什么会存在

赢淼业余无线电2020-09-19 13:29:40




数字集群群主微信:

812306810

全国最大HAM学习公众平台:

YYWXDJD

中国业余无线电基地QQ群:

173862364

点击标题下方的:赢淼业余无线电 关注我们吧!

更多无线电知识请关注我们后【点击】“查看历史消息”

原理性探讨
短波收听爱好者大都相信灵敏度越高收到的电台越多这样的神话。在短波段,这并不完全正确。当你使用一台噪声指数低于10分贝的现代接收机 (相当于30MHz频点上AM的10分贝信噪比灵敏度为1微伏),神话就完全错误了。
 
其中的道理涉及到大气噪声、特别是人造噪声。在长波、中波、短波段,噪声是主要问题。大气噪声主要由每天数以万计的雷电冲击生成,热带风暴期间尤为严重;太阳风和地球相互作用产生的太阳噪声也成为大气噪声。大气噪声在低端频率范围内是相当大的,随着频率的增高,大气噪声慢慢减小。在夜间太阳噪声消失,但仍会有少量来自外太空的银河噪声。

  人造噪声`污染`在20世纪90年代就已经相当严峻了,特别是城镇地区。重载荷的电器设备基本上都是噪声源。尽管有些政府采取了强制措施把电器干扰管制在一定的水平以下,但是这些管制仅能保证本地电台的接收,并不能保护遥远、微弱的短波信号的接收。例如:所有的电车、电气列车和许多电器马达都产生火花,有时火花甚至是在几百英里外产生的,还有倪虹灯、荧光灯、调光器、电视机、电脑、显示器等等产生的噪声,所有这一切加在一起就形成了背景本底噪声。

  人造噪声在工业集中的区域—尤其是亚洲和拉丁美洲城市—是非常厉害的。想要获得好的收听效果,你不得不在离那些工业城市几百公里以外、人造噪声低于大气噪声的地方找住处。

  人造噪声和大气噪声合起来生成的本底噪声在1-10MHz的频段内在一副双极天线上能感应出3-20微伏,长波段就更高了。本底噪声掩盖了你所希望听到的微弱广播信号。事实上,如果你想分辨清楚从遥远的发射机传来的信号中的广播内容,信号必须比噪声强10分贝(约3倍),如果强10倍(20分贝)的话,就轻松可听了。

  这就导出了一个有趣的结论:接收效果和分辨度(信噪比)并不取决于接收机的灵敏度,也不取决于天线类型,却相关于待听电台的强度与总噪声强度的比值!
小天线的存在空间
让我们举下列实例。假如你用一副标准双极天线(1/2波长)来接收广播或单边带话音信号。话音刚刚可辨,因此信噪比为10分贝。这说明在你的接收区域,信号比噪声强3倍。

  如果你把天线缩短会发生什么情况呢?天线的捕捉区域减小,天线感应的信号就减小。但天线感应的信号减小的同时,感应到的总噪声同样减小!并且减小的比例是相同的。信号依然比总噪声强3倍,说明与标准双极天线相比,可辩性是相同的。只有S表的读数下降了。

  你可以继续一段一段地把天线剪短,直到信号强度跌至接收机的10分贝灵敏度以下。所以在短波波段的大气噪声和人造噪声很高的前提下,您可以把天线做的很小,直至电台内容变得不可分辨为止。在VHF、UHF段,大气噪声和人造噪声电平很低,情况就完全不同了。当你把天线缩小时,新的问题出现了:阻抗匹配。
阻抗匹配
理论表明,能量(信号)从能量源(天线)以最小的损失传送给负载(接收机)的条件是,能量源的内部阻抗必须与负载阻抗相等。让我们举例说明:一副1/2波长的双极天线的内部阻抗(辐射电阻)大约是50欧姆。同轴电缆的特性阻抗是50欧姆,接收机的天线输入阻抗也是50欧姆。所有的阻抗都相同,所以信号被天线接收后送入接收机的过程只有同轴电缆的自然损耗。

  如果阻抗不相等,失配将导致额外的损失。我们来进一步阐释,假如你用了一副高阻抗天线,比如阻抗约为600欧姆的端部馈电的长线天线,把它直接接入接收机的50欧姆天线输入端负载就太重了,低阻抗的接收机把高阻抗的天线短路了,接收效果将非常差。

  当你缩小天线时也会遇到相同的阻抗匹配问题。像拉杆天线那样的很短的天线,等效成一个小电容和一个非常小的电阻的串联,电阻小于1欧姆,可以忽略不计,电容值和天线的长度有关,1米的天线对应约10皮法的电容量,说明1米长的天线在150千赫的阻抗为100千欧,在15兆赫的阻抗也有1000欧姆。小天线的阻抗很高,并且与频率有关。这就是为什么小天线直接接入接收机的50欧姆天线口,接收效果就很差。天线根本已被短路了。

  解决办法是进行阻抗匹配。你必须把天线的高阻抗变换成接收机的低阻抗。有两个办法:第一个办法是使用天调。天调通常由两个电容器的一个电感组成,有了这样一个网络,你就可以阻抗匹配了。但天调有缺点:由于天线阻抗随频率的变化而变化,你必须时刻调整,电脑或记忆型快速调整是办不到的。商品化的天调也不太适合非常短的天线和很低的接收频率。另外重要的一点,天线到天调之间不能用同轴电缆引入,将会受到更多人造噪声的干扰。

小天线的有源化
第二个方法是使用具备很高输入阻抗和很低输出阻抗的电子放大器。高输入阻抗与小天线匹配,低输出阻抗驱动接收机易如反掌。小天线与电子阻抗变换器的结合体就被称为“有源”天线。

帮忙转发帮忙分享:

站长个人微信:812306810

点击下方“阅读原文”收听我们的【疯语者HAM系列】广播吧

↓↓↓