433 МГц четвертьволновая антенна: длиннее - лучше?

Я пытаюсь выполнить проект RF с использованием модулей XY-MK-5V / XY-FS:

ссылка здесь

Моя проблема в том, что, хотя большинство блогов и поисковиков Google для этих модулей используют антенну четвертьволновой длины (примерно 17,2 см), моя передача хуже, чем когда я использую более длинную антенну. Когда антенна длиннее 30 см (около 1/2 длины волны), я на самом деле получаю лучший прием на больших расстояниях. (7 метров против 14 метров)

Итак, мой вопрос: насколько плохо использовать более длинные антенны? Есть ли причина для антенн с длиной волны 1/4?

На самом деле, это не так странно. Четвертьволновой монопольный антенны ( л = λ / 4) зависит от отражающей плоскости , нормальной к антенне , чтобы выступать в качестве диполя. (Подобно ОВЧ-антенне на автомобиле.) Без этой плоскости четвертьволновая антенна не будет работать должным образом.

Как вы обнаружили, решение состоит в том, чтобы использовать полуволновую дипольную антенну с длиной, равной половине длины волны сигнала ( l = λ / 2).

Использование более длинной антенны не повредит. Причина рекомендации четвертьволновой антенны, вероятно, состоит в том, что она имеет более высокое усиление антенны, чем диполь, а также в том, что она просто занимает меньше места ... Она также проще, чем "настоящий" диполь.

Статьи в Википедии о диполях и монополях довольно информативны.

На самом деле, многие монтажные платы с частотой 433 МГц имеют катушку с несколькими обмотками между схемой и контактной площадкой с маркировкой ANT. Я использую XD-RF-5V с трехобмоточной катушкой диаметром 5 мм. 5 мм x 3 x PI составляют почти 5 см, поэтому внешняя часть антенны должна составлять около 12 см, чтобы общая длина составляла четверть лямбды.

Я всегда нахожу антенны черной магией, но мне показалось, что 12см работает!

При расчете длины антенных элементов не забывайте использовать скорость распространения, которая меньше «c», скорости электромагнитного излучения в свободном пространстве. Для фактора скорости 95% - это правильное предположение ... точное число простых проводов ускользает от меня в данный момент. Кроме того, скорость электромагнитного излучения в коаксиальном кабеле значительно ниже, и она указана для каждого типа коаксиального кабеля. 66% - это правильное предположение. Это имеет огромное значение, если вы пытаетесь настроить длину фидерного кабеля ... это не имеет отношения к делу, но стоит знать, все равно.

ОП спросила об использовании «более длинного провода», и я хочу предостеречь нас об этом. Йоханнес с превосходством добавил, что ОП действительно начинался с четвертьволнового диполя, который использует фантомную вторую половину (землю, как зеркало), чтобы сделать более подходящую антенну ... полуволновой диполь. Правильная ориентация четвертьволнового элемента ... исходного провода ... была бы НОРМАЛЬНОЙ и ПРЯМОЙ ... то есть, чтобы найти то зеркало (землю), от которого оно зависит. Я не знаю, как высоко над землей эта конфигурация должна быть; возможно, Йоханнес может ответить на это.

Что еще более важно, полуволновой диполь прощает неофитов из-за его простой "пончик" (всенаправленная) диаграмма направленности, под прямыми углами и вокруг, к проводу (ам). Другими словами, он связывается с другими антеннами, которые имеют взаимные горизонтальные отношения. Там нет усиления в направлении самого провода ... (вертикально).

Принцип «взаимности» говорит, что передающая и приемная антенны используют одну и ту же книгу правил! Ну, это легко принять в ситуациях с низким энергопотреблением, как это.

Если вы начинаете использовать более длинные дипольные антенны, вы инстинктивно ищете более высокий «коэффициент усиления». Это не простая вещь! Вы ДОЛЖНЫ придерживаться правила использования общих длин, которые кратны половине длины волны (уменьшается на коэффициент скорости). Если ваш диполь симметричен, это хорошо для новичков. Суть в следующем: более длинные антенны имеют более высокий коэффициент усиления ... но также имеют все более сложные схемы дисперсии / приема; iow "доли". (1 для простого диполя на 1/2 длины волны, 3 для диполя на 3/2 волны ... включая оба элемента диполя в этом описании длины) и т. Д. Вы должны ухватиться за эти доли, или вы собираетесь это делать некоторые серьезные царапины на спине, интересно, что происходит. Опять же, то, что хорошо для передатчика, хорошо и для приемной антенны.

Тогда есть отражения и экраны. Хранить вдали от металлических предметов. Посмотрите вверх (люди никогда не смотрят вверх, ха-ха) на любую обычную телевизионную антенну на крыше, и вы увидите один активный диполь (кстати, как правило, горизонтально поляризованный) и множество отражающих элементов с горизонтальной поляризацией ... Антенны УКВ имеют отражатели DIPOLE в РАЗНЫХ длинах. Когда голубь сидел на «Дольше всего» и повредил его, вы можете вспомнить потерю «Канала 2» ... если вы достаточно взрослые, чтобы помнить, что люди привыкли зависеть от воздушных волн, а не от кабельного телевидения. просмотр.

Наука, стоящая за излучением антенны, такова: передаваемый сигнал - это переменный ток, синусоида. При 0, 1/2 или 180 градусах и при возврате к 0 градусам волны ток равен 0 или минимум. При длине волны четверти или 1/4 (90 градусов) и 3/4 (270 градусов) ток максимальный, а излучение наибольшее. 1 четверть длины волны - это самая короткая длина антенны, которая будет излучать сигнал. 3/4 и 1 1/4 и 1 3/4 и т. Д. Также являются точками излучения. Особенно на получение больше длины, тем лучше. Настройка антенны является результатом попытки получить максимальный ток от передатчика во время передачи. Наибольшее ток наибольшее излучение и большее расстояние, которое будет проходить сигнал. При этом лучшая настройка, прием также будет работать лучше всего. Когда настройка выключена, часть выходного сигнала отражается обратно, вызывая сопротивление, а меньшее излучение вызывает потерю расстояния. Это согласование называется СВЧ антенны и представлено отношением. Чем ниже соотношение, тем лучше. Конфигурационная схема может использоваться для балансировки КСВ практически любой длины провода.

Уже есть некоторые ответы, касающиеся различий между $\frac{\lambda}{4}$ монополь и $\frac{\lambda}{2}$ диполей и связанных с ними схем усиления, поэтому я дополню ответы кое-чем о согласовании импедансов и характеристическом импедансе.

Можно показать, что максимальная передача мощности происходит в цепи постоянного тока, анализируя простые эквивалентные схемы и устанавливая производную, $\frac{dP}{dR} = 0$ То же самое относится к сопряженным сопряженным реактивным сопротивлениям (цепи переменного тока с индукторами и конденсаторами). Ваш передатчик имеет эффективный выходной импеданс, и в силу геометрии антенны расположение относительно других структур и используемых материалов также имеет связанный комплексный импеданс. Для того чтобы максимальная передача мощности имела место, импедансы должны быть согласованы по комплексу сопряженных.

Катушка на плате может быть частью этой соответствующей сети. Коэффициент отражения говорит вам, сколько энергии отражается обратно в ваш передатчик и, возможно, теряется. В зависимости от вашего несоответствия, вы можете уменьшить характеристики усиления антенны.

Чтобы ответить на ваш вопрос, изменение длины антенны может вызвать несоответствие и потерю мощности. Фактическое значение длины может зависеть от сети, уже находящейся на плате.