2018-08-16 09:28:11
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天线越高越好吗?「天线越高越好」这句在无线电界流行的「名言」,经多方实验结果来看,发现并不完全正确。
有人将天线挂在直上云霄的纸鸢和气球上 (笔者亦曾有此异想天开的计划),以及同温层的飞机,甚至于太空卫星上。这样总够高吧!但是在这般的高度,是否又能将电波,随心所欲地发射到地球每一个角落?
天线到底应该要架设多高才好,这的确是电讯界急于要解答的一个大问题。尤其是商业性和政府机关的电台,不像业余电台那么随便,可以依靠运气来捉 DX。
有人曾在英国和美国纽泽西州 (NEW JERSEY) 两地之间,进行一项收发试验。这两地相隔约为 5500 公里,电波横越大西洋,经电离层反射 (约二次 ),在不同时间,使用不同波长,每一波长使用不同高度的天线,亦即是以不同的角度,将电波发射出去,由英国发射,美国收听,经长期分析统计后,得到附表一的结果。
天线最佳的架设高度
表一当中所谓的「最佳范围」,是根据实际通讯的一项统计,在此范围内,通讯的成功率可达 99%,应可相信。
细看表一,可察出数点:
(1)天线并不是越高越好,超过最高的高度,或不及最低高度,通讯成功率反而减少。
(2)电波的发射角度,照理是越低越好,但是实验的结果,是依波段而不同。波长短的波段,如 10 米、12 米,角度从 3 度到 9~10 度。但在 40 米波段,则是10~35 度。
(3)天线最佳高度的范围,每波段都相当广阔,到底那一个高度最好?这又是另一个问题。
天线高度在 1.5λ
既然天线最佳高度的范围相当广,乃引起许多不同意见;有人说,最佳范围的低端比较好;也有人说,近高端比较好。
为要解答这问题,逝世不久的名业余家,罗生 (JIM LAWSON, W2PV),曾作了很多天线高度的试验,并在他的「八木天线设计」一,书中,作出一项结论,认为天线高度在 1.5 倍波长 (λ)时,能面面俱到,是最实用的高度。附表二即例示各波段在 1.5 λ的高度。
无线电波恼人之处,在于难以捉摸,有些地方更是有理说不清。在此就有二个好例子:40 米和 10 米二个波段的天线,在表二所列 1.5 λ高度时,都不在表一所列的「最佳高度」范围内。幸而相差不多,我想,关系不致于太离谱。
低高度的天线
细看表一和表二所列的高度,在实际架设上而言,除了有些同好的住所是在高楼大厦,能将天线架在屋顶上,借地利之便,能抵达最佳高度范围内。一般人只得在院子内,竖起一根数十公尺高,既坚固又安全的支柱或铁塔,再在其上放置一根天线。这般的装设在建筑的结构上,可真不是一件容易的事。
据我所知,大多数天线的架设高度,都在 10~15 公尺之间。这个高度虽然只是 20 米波段的最低要求 (1/2 λ高 ),但仅及表一所列,最佳高度范围低端的 54%。
但这 10-15 公尺的高度,并不意味着就此捉不到 DX,只是在抢呼 (PILE UP) 时,得多呼叫几声,花长些时间,以陶冶耐性罢了;或者是在某波段的通讯天候刚开通时,阁下的电台,并不是首位听到 DX 的讯号;而在天候关闭时,因呼听不到 DX,比天线高的电台,早先打烊而已。
八木天线的高度
醉心于 DX 的火腿们,大多数都有一根 10-15-20 米,三波段的八木旋转定向天线。要厘定某一高度,对这三个波段都能顾到,粗看起来,铁塔的高度在 20 公尺,似乎可行,因为这是 15 米波段 1.5 λ的高度。
但是仔细一看,如果加高至 25 公尺,可将 10 米波段的发射角度多降 2 度,15 米为 2.5 度,20 米为 45 度。
若再加高至 30 公尺,则发射角度更可再下降,而更有利于捉 DX。
为什么天线太高不好
天线太低不好的理由是电波局促一隅,出不了远门。太高不好的理由又何在呢?
大致说来,当天线的高度,不超过其本身的波长一半 (1/2 λ )时,发射出去的电波,只有一个主波,围绕在天线的上方,而发射机输出的电能全部分配给这主波。
当天线的高度恰为二分之一波长时,主波分裂为二,一在天线前,一在天线后。
天线高度超过二分之一波长时,主波更为缩小,小波数量也随之增加。到最后,小波多如菊花的花瓣一般,广为分布,从近地面到天顶,此时,其主波也已不见。而用来捉 DX 通讯的主角,即最接近地面的波瓣,亦变得很小,分配到的电能,只有发射机总电力的一小部份,其余的电力,都浪废在其他无实用的波瓣上。
这些无用的波瓣的角度,虽有助于近距离通讯,但是在收听时,从这近距离地区所产生的干扰 (QRM) 和杂音 (NOISE),也会顺路从这些波瓣进入收音机内,增加收听的困难。这点却常为人所忽略。