地面高度对小宽带磁环天线接收性能的影响

作者：Chavdar Levkov LZ1AQ

建立

根据图1，两个相同的小环一个放在另一个上面。其中一个环很低，几乎在地面上。另一个放置在通常由小环天线用户使用的高度。使用了两个AAA-1C宽带有源天线放大器。

它们的增益差异不超过0.3 dB。馈线是每根20米长的FTP电缆。没有使用电缆平衡 - 不平衡变压器。输出通过双向天线开关连接到SD RX（Perseus）。我使用了一种测量技术 - 周期性切换技术来比较强衰落存在下的接收天线性能。

这是将两个接收天线与真实天波信号进行比较的精确方法，分辨率可以小于分贝。这个想法是在两个天线之间周期性地切换，并在SD无线电的校准图形强度计上估计它们的差异。

图1实验装置。尺寸以米为单位。环由16毫米PE制成。两个环形天线垂直放置在一个平面上。

环境

将环状天线放置在距离房屋（图2）约5至6米的草地中，位于半城市位置（在山谷中）。土壤有点沙。土壤的湿度尚不清楚，但过去几天的天气多云，偶尔下雨。两个小环天线都在一个平面中，方向是N＆S。

图2

实验

在77KHz至28MHz的非常宽的频率范围内对实际信号进行了环路性能测试。还通过手动切换来监听非常弱的DX电台的频带，以估计信号强度的差异。在没有信号的地方，频带噪声电平也在几个频率下测量为1KHz带宽的功率。

结果

高低环Phigh - Plough之间的信号功率差异如图3所示。必须提到的是，这种差异并不是一成不变的，可能非常不稳定。符号的变化是常见的，尤其是在较高频率时。图4示出了信号差随时间快速变化的情况。

表1显示了噪声电平差PNhigh - PNlow

图3信号强度差Phigh - Plow在0.07到28 MHz频谱内进行108次测量。对于高于0 dB的所有点，高回路中的信号更强，反之亦然。可以看出，在5 MHz以上，差异是不稳定的，具有强烈的衰落效应。对于某些信号，时间差可以达到10 - 15 dB。针对不稳定信号绘制两个点 - 最小和最大差值。例如。对于某些信号，差值从-5浮动到+10 dB ，这意味着有时低环路在5 dB时更好，然后高环路在10 dB时更好。 0 dB表示环路性能相同。

表1在某些频率下测量的频带噪声水平

图4 15.6 MHz不稳定信号的典型S-meter图，具有强衰落。周期性地，高环路连接400毫秒，低环路连接200毫秒。在左侧，低环路在7-8 dB时更好，然后高环路以10 dB为主。该信号是广播电台的载体。 S-meter图是用Linrad SDR程序制作的。

评论

信号强度几乎没有差异，最高可达5 MHz。在较高频率上，差异是浮动的并且通常可以改变符号。这些浮动差异可达到高达±10 dB的值，但无法确定一个天线与另一个天线相比具有任何优势。几秒钟，一根天线更好，但另一根天线更好。目前尚不清楚为什么这种色散在5 MHz以上的频率开始如此突然。在该实验中对于5MHz的环之间的距离是0.05λ，在30MHz下达到0.3。在平面波的情况下，他们太接近于不期望这样的差异。显然，在这些频率下，入射的电磁波不是均匀的，不能假设为平面波。此外，由于来自地面，附近物体和山丘的反射，干扰图像可能在临时和空间上非常“扭曲”。本实验中环路之间的距离为3 m，频率高于10 MHz时，它们甚至可用于分集接收。

一个侧面的结论：对e.m.公认的假设。天线建模中的字段可能无效并且具有真实性能，例如接收相控阵可能与模型性能完全不同。

如图3所示，较高回路略有优势，但必须进行更多实验才能获得统计上可靠的结果。有趣的是，NEC中的模型计算为较低的循环提供了略高的增益。

在7到25 MHz之间的频率以及非常低的频率处存在频带噪声水平的差异。目前还不清楚是什么原因。这可能是局部噪声影响或传导噪声，因为没有采取特殊措施来避免当地人造噪声。

结论

两根天线具有相同的性能，最高可达5 MHz。在较高频率下，两个天线周围的波干涉图像不均匀（对于环之间的这个距离），这表现为不稳定的差异。这不会导致其中一个天线的显著优越性能。频率越高，此效果越强。

实际上，我们可以在任何高度安装一个小的垂直宽带环天线，这样可以方便我们的本地要求而不会降低其性能。几乎在地面上的一个看不见的小环天线可以成功地用于那些有限制或周边充满了好奇邻居的无线电爱好者。

参考

[1] www.active-antenna.eu

[2] http://www.lz1aq.signacor.com/docs/antenna-performance/switching-technique-compare-receiving-antenna-performance.htm