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天線應該架設多高

No.17   1994 May   p72~74,   by 文伯銓 / KM2X



天線架設過低,固然難以將電波有效發射出去;架設很高是否又能無遠弗屆呢?


天線越高越好嗎?

    「天線越高越好」這句在無線電界流行的「名言」,經多方實驗結果來看,發現並不完全正確。

    有人將天線掛在直上雲霄的紙鳶和氣球上 (筆者亦曾有此異想天開的計劃),以及同溫層的飛機,甚至於太空衛星上。這樣總夠高吧!但是在這般的高度,是否又能將電波,隨心所欲地發射到地球每一個角落?

    天線到底應該要架設多高才好,這的確是電訊界急於要解答的一個大問題。尤其是商業性和政府機關的電台,不像業餘電台那麼隨便,可以依靠運氣來捉 DX。

    有人曾在英國和美國紐澤西州 (NEW JERSEY) 兩地之間,進行一項收發試驗。這兩地相隔約為 5500 公里,電波橫越大西洋,經電離層反射 (約二次),在不同時間,使用不同波長,每一波長使用不同高度的天線,亦即是以不同的角度,將電波發射出去,由英國發射,美國收聽,經長期分析統計後,得到附表一的結果。


天線最佳的架設高度

波段
(米)
天線最佳高度範圍
(公尺)
最佳發射角度範圍
(度)
40 18.4 ~ 60.8 10 ~ 35
30 16.9 ~ 53.3 8 ~ 26
20 18.3 ~ 50.9 6 ~ 17
17 19.8 ~ 47.4 5 ~ 12
15 18.6 ~ 50.9 4 ~ 11
12 17.4 ~ 57.5 3 ~ 10
10 16.8 ~ 50.1 3 ~ 9
表一:各波段最佳的天線高度範圍。本表適用半波、八木等水平架設的天線。

    表一當中所謂的「最佳範圍」,是根據實際通訊的一項統計,在此範圍內,通訊的成功率可達 99%,應可採信。

    細看表一,可察出數點:

(1)天線並不是越高越好,超過最高的高度,或不及最低高度,通訊成功率反而減少。

(2)電波的發射角度,照理是越低越好,但是實驗的結果,是依波段而不同。波長短的波段,如 10 米、12 米,角度從 3 度到 9~10 度。但在 40 米波段,則是 10~35 度。

(3)天線最佳高度的範圍,每波段都相當廣闊,到底那一個高度最好?這又是另一個問題。


天線高度在 1.5λ

波段
(米)
離地 1.5λ的高度
(公尺)
40 63.4
30 44.5
20 32.0
17 24.8
21 21.3
12 18.1
10 15.8
表二:各波段天線離地 1.5λ的高度。

    既然天線最佳高度的範圍相當廣,乃引起許多不同意見;有人說,最佳範圍的低端比較好;也有人說,近高端比較好。

    為要解答這問題,逝世不久的名業餘家,羅生 (JIM LAWSON, W2PV),曾作了很多天線高度的試驗,並在他的「八木天線設計」一,書中,作出一項結論,認為天線高度在 1.5 倍波長 (λ)時,能面面俱到,是最實用的高度。附表二即例示各波段在 1.5 λ的高度。

    無線電波惱人之處,在於難以捉摸,有些地方更是有理說不清。在此就有二個好例子:40 米和 10 米二個波段的天線,在表二所列 1.5 λ高度時,都不在表一所列的「最佳高度」範圍內。幸而相差不多,我想,關係不致於太離譜。


低高度的天線

    細看表一和表二所列的高度,在實際架設上而言,除了有些同好的住所是在高樓大廈,能將天線架在屋頂上,借地利之便,能抵達最佳高度範圍內。一般人只得在院子內,豎起一根數十公尺高,既堅固又安全的支柱或鐵塔,再在其上放置一根天線。這般的裝設在建築的結構上,可真不是一件容易的事。

    據我所知,大多數天線的架設高度,都在 10~15 公尺之間。這個高度雖然只是 20 米波段的最低要求 (1/2 λ高),但僅及表一所列,最佳高度範圍低端的 54%。

    但這 10-15 公尺的高度,並不意味著就此捉不到 DX,只是在搶呼 (PILE UP) 時,得多呼叫幾聲,花長些時間,以陶冶耐性罷了;或者是在某波段的通訊天候剛開通時,閣下的電台,並不是首位聽到 DX 的訊號;而在天候關閉時,因呼聽不到 DX,比天線高的電台,早先打烊而已。


八木天線的高度

  20 公尺高 25 公尺高 30 公尺高
10 米波段 8.5° 6.5°
15 米波段 11° 8.5°
20 米波段 17° 12.5° 10°
表三:10米、15米、20米三波段八木天線,在不同架設高度時的發射角度。

    醉心於 DX 的火腿們,大多數都有一根 10-15-20 米,三波段的八木旋轉定向天線。要釐定某一高度,對這三個波段都能顧到,粗看起來,鐵塔的高度在 20 公尺,似乎可行,因為這是 15 米波段 1.5 λ的高度。

    但是仔細一看,如果加高至 25 公尺,可將 10 米波段的發射角度多降 2 度,15 米為 2.5 度,20 米為 45 度。

    若再加高至 30 公尺,則發射角度更可再下降,而更有利於捉 DX。請看附表三。


為什麼天線太高不好

    天線太低不好的理由是電波侷促一隅,出不了遠門。太高不好的理由又何在呢?

    大致說來,當天線的高度,不超過其本身的波長一半 (1/2 λ) 時,發射出去的電波,只有一個主波,圍繞在天線的上方,而發射機輸出的電能全部分配給這主波。

    當天線的高度恰為二分之一波長時,主波分裂為二,一在天線前,一在天線後。

    天線高度超過二分之一波長時,主波更為縮小,小波數量也隨之增加。到最後,小波多如菊花的花瓣一般,廣為分佈,從近地面到天頂,此時,其主波也已不見。而用來捉 DX 通訊的主角,即最接近地面的波瓣,亦變得很小,分配到的電能,只有發射機總電力的一小部份,其餘的電力,都浪廢在其他無實用的波瓣上。

    這些無用的波瓣的角度,雖有助於近距離通訊,但是在收聽時,從這近距離地區所產生的干擾 (QRM) 和雜音 (NOISE),也會順路從這些波瓣進入收音機內,增加收聽的困難。這點卻常為人所忽略。 END



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