天线的长度会根据天线的类型和形态等有着不同的尺寸,这里我们以常规的偶极天线为例(GP天线的天线尺寸为DP天线的一半),偶极天线一般情况下整体长度约为1/2波长,比如我们在14Mhz频率下,波长为20米,那么偶极天线的整体尺寸就约为10米。
那么我们如何知道频率对应的波长呢?这里我们可以引用一个波长计算公式:
波长(米)=电波速度(光速率,约为300)/频率(Mhz)
那么我们以14M为例,它的波长就是300/14≈21.42米,而我们通常将这个数字简称为20M,因此14Mhz的波长也可以称为20米波;
除了20米波,我们可以通过上面这个公式推导出下列波长:
3.5Mhz波长为80米
7Mhz波长为40米
21Mhz波长为15米
18Mhz波长为10米
144Mhz波长为2米
430Mhz波长为0.7米
这就是偶极天线的长度与波长的关系,偶极天线的长度如果是1/2波长,或者以1/2波长的整数倍增长,那么偶极天线的效率将是最高的,这个时候我们称之为谐振。但是天线能够谐振并不代表天线一定在最好的工作状态(这里以后有机会会单独讲解)
这里波长与谐振的关系我以下图作说明:
一个波长是包含正半周期和负半周期两个周期构成的一个完整周期;而我们通常所接触的1/2波长即为半个波周期,这个时候我们称之为单倍谐振;当存在一正一负两个周期时,那么即为一个波长,这个时候我们称为两倍谐振(虽然为两倍谐振,但在某个方向上增益为0);当存在两个负半周期、一个正半周期,或者两个正半周期、一个负半周期的情况,那么这个时候就是三倍谐振;
当然天线如果都按照这个理论长度去制作和使用是就会存在一个问题,尤其是在HF通信时,这个时候频率越低,天线就越大,对于架设和其他场景使用时会造成一定的困扰,那这个时候缩短天线长度就尤为重要;
首先我们最直接的缩短方式就是将偶极天线砍掉一半,称为单级天线(GP天线),可以由原来的1/2波长直接变成1/4波长,比如20米波段则将10米缩短到了5米;为什么GP天线能够缩短天线长度呢?这是因为GP天线的架设方式决定的其这一特殊的电器特性,GP天线架设都需要进行接地,接地的作用正好就是通过地面或者其他反射面来补偿确实的另外一半波长;
那么这种缩短方式虽然能将天线缩短,但是还有没有其他办法进行再次缩短呢?
这个时候就需要通过加感线圈对天线的长度进行缩短了,我们通常所说的1/2波长或者1/4波长都不是指的天线实际长度,而是指的电气长度。当机械长度与电气长度相等时,天线的效果最好。我们称之为全尺寸天线;那么前面提到的缩短天线,则是通过将天线的一部分导线缠绕成线圈(这里的线圈则是我们常说的:加感线圈),这个时候我们的一部分天线被绕城了线圈,那么机械长度则达到了缩短的目的,但电气长度却任然是原来的长度;这个时候的天线机械长度和电气长度就存在了一定的差值,这个差值越大则天线的效率就会越低,所以缩短天线虽然解决了天线尺寸过大的问题,但也产生了效率相对变低的问题;
天线能缩短到什么程度呢?理论上来说,我们可以将整个天线全部缠绕成加感线圈,制作成一根如同弹簧一样的天线,但是这种天线就将机械长度缩短到了极限,但是同样的天线的电波能量大部分都消耗在了线圈上(这是由于加感线圈的物理特性导致的),因此没有什么实用价值;
那么缩短天线除了效率相对降低外,还有没有其他缺点呢?
那么另外一个缺点则是SWR会变大,同样缩短天线也会导致天线的贷款变窄。
所以缩短天线虽然能解决场地架设等问题,但如果持续大功率的在这种天线上发射电波,则天线加感线圈部分就会持续的积累热量,直到高温损坏(融化风险),所以我们在使用带有加感线圈的缩短天线时,务必注意不要长时间大功率的进行发射。