Высота антенны

Высота антенны

Высота антенны оказывает большое влияние на производительность в зависимости от используемой частоты, типа и размера антенны. Высота антенны оказывает большое влияние на ее характеристики. Аспекты, включая импеданс облучателя, диаграмму излучения, потери излучения, расстояние от помех, снижение возможности воздействия радиочастотного излучения и т. д. В целом, чем выше антенна, тем лучше ее характеристики, но иногда существуют некоторые ограничения, поскольку существует закон убывающей отдачи, но часто это недоступно радиолюбителям, но иногда вещателям нужны особенно высокие антенны, чтобы получить требуется покрытие на УКВ и УВЧ. Вещательные компании часто вкладывают средства в очень высокие башни, особенно для вещательных передач в диапазоне ОВЧ и УВЧ. Получение наибольшей зоны покрытия часто может быть достигнуто только за счет увеличения высоты антенны.

Высота антенны на КВ

Из-за длины волны сигналов на ВЧ антенны, как правило, устанавливаются относительно близко к земле с точки зрения длины волны электрического тока. Это означает, что земля взаимодействует с антенной, особенно с горизонтальной антенной, различными способами.

Для КВ-антенн важны два основных фактора:

Угол излучения: Для дальней связи на ВЧ установлено, что чем меньше угол излучения антенны, тем она лучше. Многие специалисты по проектированию и установке антенн рекомендуют, чтобы антенна была высотой не менее половины длины волны. Это может быть относительно легко для частот, скажем, выше 15 МГц или около того, но для более низких частот с более длинными волнами это менее вероятно.

Можно рассчитать высоту самого нижнего лепестка горизонтальной антенны над идеально проводящей землей. Его можно определить по приведенной ниже формуле:

Где:

? = волна или угол места лепестка

h = высота антенны над землей в длинах волн

Таким образом, чем выше горизонтальная антенна, тем ниже самый нижний лепесток диаграммы направленности.

Конечно, основная проблема заключается в том, чтобы точно определить, где находится земля. Поскольку земля не является идеально проводящей поверхностью, сигнальная волна может до некоторой степени проникать сквозь землю, в зависимости от типа земли и ее проводимости. Возможно, фактическая электрическая земля воспринимается антенной значительно ниже физического уровня земли. Существует определенная степень неопределенности, поскольку трудно точно предсказать, как все будет работать, и они могут меняться изо дня в день в зависимости от уровня воды в почве в то время.

Потери излучения: установлено, что если горизонтальная антенна приближается к земле, то потери из-за самой земли становятся более значительными и на очень малых высотах они могут быть основным фактором, определяющим характеристики антенны. Например, для сигнала на частоте 2 МГц длина волны составляет около 150 метров. У типичного радиолюбителя могут возникнуть проблемы с получением горизонтальной антенны для этих частот, иногда достигающей 3 или 4 метров. На этих высотах относительно длины волны потери в грунте, скорее всего, будут доминирующим фактором. Было подсчитано, что горизонтальная дипольная антенна с частотой 7 МГц на высоте около 5 метров будет иметь эффективность только около 50% - половина доступной мощности будет потеряна из-за потерь на землю. Как правило, часто говорят, что удвоение высоты антенны дает увеличение усиления на 6 дБ. Хотя это будет зависеть от реальной ситуации и множества предостережений и т. д., исследования показали, что в целом это не так уж далеко от истины. В худшем случае это дает очень хорошее представление о важности увеличения высоты антенны.

Высота антенны для VHF и UHF

На УКВ и УВЧ распространение радиосигнала имеет тенденцию быть ближе к прямой видимости, хотя и не всегда. Одним из основных преимуществ увеличения высоты антенны является то, что при этом антенна поднимается над предметами, которые могут мешать антенне. Дома на деревьях и тому подобное будут поглощать радиосигналы, особенно на УКВ и УВЧ. Для диапазонов ОВЧ и УВЧ обычно несложно установить антенну так, чтобы она находилась достаточно высоко над землей, и поэтому основное влияние близлежащей земли будет менее существенным. Первоначально поднятие антенны приведет к ее подъему над объектами, такими как дома, деревья и т. д., которые будут служить для маскировки или экранирования антенны с точки зрения радиосигналов. Поднятие антенны над этими препятствиями значительно улучшит характеристики антенны.

Высота антенны и радиогоризонт

Еще одно преимущество на УКВ и УВЧ заключается в том, что чем выше антенна, тем дальше радиогоризонт. Относительно легко вычислить расстояние до видимого горизонта. Это можно рассчитать геометрически, потому что это расстояние по прямой линии от наблюдателя до фактического горизонта.

Это можно упростить с помощью приближения, которое идеально подходит практически для всех приложений:

где:

d = расстояние до горизонта (обычно в метрах)

R = радиус земли (6378 км, т.е. 6378 x 10 3 метров)

h = высота над землей наблюдателя, антенны и т. д. (метры)

Часто для радиовещания в диапазоне ОВЧ / УВЧ радиогоризонт часто принимается равным 4/3 видимого горизонта в результате эффекта изгиба, вызванного изменениями показателя преломления вблизи земли. Поднятие антенны значительно увеличит это и тем самым расширит дальность передачи.

Прирост высоты, однако, должен быть сбалансирован с потерями фидера. На УКВ и тем более на УВЧ потери в фидере становятся значительными, а в некоторых случаях могут превышать выигрыш от увеличения высоты. Необходимо взвесить это и найти наилучший баланс между усилением за счет увеличения высоты и увеличением потерь за счет увеличения длины кормушки. Очевидно, что использование наилучшего возможного фидера будет иметь значение.

Высота антенны и помехи

Общие радиочастотные помехи становятся все более серьезной проблемой. С появлением большого количества электрических элементов, создающих широкополосный шум: светодиодное освещение, солнечные батареи, широкополосные линии и многие другие элементы, радиочастотные помехи становятся все более серьезной проблемой. Кроме того, когда антенны используются для передачи, возможно, что они могут создавать помехи другим электронным системам. Хотя законодательство по электромагнитной совместимости в большинстве стран означает, что приемное оборудование и другие электронные элементы гораздо более устойчивы к входящим радиочастотным сигналам, очень сильные сигналы от передатчиков все же могут в некоторых случаях вызывать помехи. Одним из способов улучшить ситуацию для приемников и передатчиков является размещение антенны как можно выше для данного местоположения.

Это имеет два эффекта:

Во-первых, приемник, подключенный к антенне, находится дальше от любых источников помех на земле или рядом с ней.
Во-вторых, передаваемый сигнал от антенны будет находиться дальше от любого места, где помехи от передаваемого сигнала могут вызвать проблему. Таким образом, размещение антенны как можно выше практически во всех случаях поможет уменьшить влияние помех.

Высота антенны и радиочастотное воздействие

Растет осведомленность о воздействии РЧ. Когда используются передатчики, это может означать, что излучаются относительно высокие уровни радиочастотной мощности. Эти уровни РЧ должны находиться как можно дальше от любых мест, где часто бывают люди. Некоторые регулирующие органы в настоящее время предписывают рассчитывать уровень радиочастотного излучения, чтобы гарантировать, что уровни радиочастотного излучения в районах, занятых людьми, находятся в допустимых пределах. Расчеты не всегда просты, но оценка уровней и обеспечение их нахождения в допустимых пределах может быть частью условий лицензирования. Один из способов обеспечить как можно более низкий уровень радиочастот в зонах, где могут находиться люди, — установить антенну на высоком уровне. По самой своей природе это будет держать РФ подальше от людей и снизит вероятность прихода людей в районы, где РФ находится на высоком уровне. С любой антенной, будь то ВЧ, ОВЧ или УВЧ и т. д., высокие мачты, очевидно, значительно увеличивают стоимость любой антенной установки. Они также создают гораздо большее визуальное воздействие и могут подпадать под действие местных законов о планировании. При определении высоты антенны необходимо учитывать множество факторов. Высота обеспечивает выигрыш, но за счет визуального воздействия, дополнительных затрат на более высокую мачту, возможного увеличения потерь в фидере и других факторов. В целом, размещение антенной системы выше в воздухе улучшает ее коммуникационные возможности, а также снижает вероятность радиочастотного воздействия и электромагнитных помех.

Спутниковое телевидение Триколор ТВ Ярославль