433-MHz-Viertelwellenantenne: Länger ist besser?

Ich versuche ein RF-Projekt mit XY-MK-5V / XY-FS-Modulen durchzuführen:

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Mein Problem ist, dass obwohl die meisten Blogs und Google-Suchanfragen nach diesen Modulen eine Viertelwellen-Antenne (ungefähr 17,2 cm) verwenden, meine Übertragung schlechter ist als bei Verwendung einer längeren Antenne. Wenn die Antenne länger als 30 cm ist (in der Nähe von 1/2 Wellenlänge), erhalte ich in größeren Entfernungen tatsächlich einen besseren Empfang. (7 Meter gegen 14 Meter)

Meine Frage ist also, wie schlecht ist es, längere Antennen zu verwenden? Gibt es einen Grund für die Empfehlung von Antennen mit einer Wellenlänge von 1/4?

Eigentlich ist es nicht so seltsam. Eine Viertelwellen-Monopolantenne ( l = λ / 4) ist abhängig von einer Reflexionsebene senkrecht zur Antenne, um als Dipol zu wirken. (Wie eine UKW-Antenne in einem Auto.) Ohne dieses Flugzeug funktioniert die Viertelwellenantenne nicht richtig.

Wie Sie herausgefunden haben, besteht die Lösung darin, eine Art Halbwellendipolantenne mit einer Länge zu verwenden, die der halben Wellenlänge des Signals entspricht ( l = λ / 2).

Die Verwendung einer längeren Antenne schadet nicht. Der Grund für die Empfehlung einer Viertelwellenantenne ist wahrscheinlich, dass sie einen höheren Antennengewinn als der Dipol hat und einfach weniger Platz benötigt ... Sie ist auch einfacher als ein "echter" Dipol.

Die Wikipedia-Artikel über Dipole und Monopole sind sehr informativ.

Tatsächlich haben viele 433-MHz-Leiterplatten eine Spule mit einigen Windungen zwischen der Schaltung und dem mit ANT gekennzeichneten Lötpad. Der von mir verwendete XD-RF-5V hat eine Wicklungsspule mit drei Wicklungen und einem Durchmesser von 5 mm. 5 mm x 3 x PI machen fast 5 cm aus, daher sollte der äußere Teil der Antenne etwa 12 cm betragen, um eine Gesamtlänge von viertel Lambda zu erreichen.

Ich finde Antennen immer als schwarze Magie, aber für mich schienen 12cm zu funktionieren!

Denken Sie bei der Berechnung der Länge der Antennenelemente daran, die Ausbreitungsgeschwindigkeit zu verwenden, die unter "c" liegt, der Geschwindigkeit der EM-Strahlung im freien Raum. Für einen Geschwindigkeitsfaktor sind 95% eine gute Vermutung ... die genaue Nummer eines einfachen Drahtes entgeht mir im Moment. Darüber hinaus ist die Geschwindigkeit der EM-Strahlung in einem Koaxialkabel viel langsamer und wird für jeden Koaxialkabeltyp aufgelistet. 66% ist eine faire Vermutung. Dies ist von dramatischer Bedeutung, wenn man versucht, eine Länge des Zuleitungskabels abzustimmen ... hier nicht relevant, aber dennoch eine Erkenntnis wert.

Das OP erkundigte sich nach der Verwendung eines "längeren Drahtes" und ich möchte an dieser Stelle Vorsicht walten lassen. Johannes fügte mit Vorzüglichkeit hinzu, dass das OP wirklich mit einem Viertelwellendipol begann, der eine zweite Phantomhälfte (die Erde als Spiegel) verwendet, um eine geeignetere Antenne herzustellen ... den Halbwellendipol. Die richtige Ausrichtung des Viertelwellenelements ... des ursprünglichen Drahtes ... wäre NORMAL und GERADE ... dh, um den Spiegel (die Erde) zu finden, von dem es abhängt. Ich weiß nicht, wie hoch über der Erde diese Konfiguration sein muss; Vielleicht kann Johannes das beantworten.

Noch wichtiger ist, dass der Halbwellendipol Neophyten VERGEBEN kann, da er rechtwinklig und rundum zum Draht (zu den Drähten) ein einfaches Abstrahlmuster aufweist. Mit anderen Worten, es kommuniziert mit anderen Antennen, die eine gemeinsame horizontale Beziehung haben. Es gibt keine Verstärkung in Richtung des Kabels selbst ... (vertikal).

Ein Prinzip der "Reziprozität" besagt, dass Sende- und Empfangsantennen dasselbe Regelwerk verwenden! Nun, das ist in solchen Situationen mit geringem Stromverbrauch leicht zu bewältigen.

Wenn Sie längere Dipolantennen verwenden, suchen Sie instinktiv nach einer höheren "Verstärkung". Es ist keine einfache Sache! Sie sollten sich an die Regel halten, Gesamtlängen zu verwenden, die ungerade Vielfache der halben Wellenlänge sind (reduziert um den Geschwindigkeitsfaktor). Wenn Ihr Dipol symmetrisch ist, ist das gut für Anfänger. Hier ist der Haken: Längere Antennen haben einen höheren Gewinn ... aber auch immer komplexere Dispersions- / Empfangsmuster. iow "Lappen." (1 für einen einfachen 1/2-Wellenlängendipol, 3 für einen 3/2-Wellendipol ... einschließlich beider Elemente des Dipols in dieser Beschreibung der Länge) usw. Sie müssen diese Lappen ausgraben, oder Sie werden es tun einige ernsthafte Kratzer auf deinem Hintern, die sich fragen, was los ist. Was für den Sender gut ist, ist auch für die Empfangsantenne gut.

Dann gibt es Reflexionen und Bildschirme. Von Metallgegenständen fernhalten. Schauen Sie nach oben (die Leute schauen nie nach oben, ha ha) auf eine gewöhnliche Fernsehantenne auf dem Dach und Sie werden einen aktiven Dipol (normalerweise horizontal polarisiert) und viele horizontal polarisierte reflektierende Elemente sehen ... UKW-Antennen haben DIPOLE-Reflektoren in VERSCHIEDENEN Längen. Wenn eine Taube auf der LÄNGSTEN saß und diese beschädigte, könnten Sie sich an den Verlust von "Kanal 2" erinnern ... wenn Sie alt genug sind, um sich daran zu erinnern, dass die Menschen für ihren Fernseher eher auf die Luftwellen als auf das Kabel angewiesen waren anzeigen.

Die Wissenschaft hinter der Antennenstrahlung lautet: Das gesendete Signal ist ein Wechselstrom, eine Sinuswelle. Bei 0, 1/2 oder 180 Grad und zurück zu 0 Grad der Welle ist der Strom 0 oder minimal. Bei den Viertel- oder 1/4 (90 Grad) und 3/4 (270 Grad) Wellenlänge ist der Strom am höchsten und die Strahlung am größten. 1 viertel Wellenlänge ist die kürzeste Antennenlänge, die ein Signal ausstrahlt. 3/4 und 1 1/4 und 1 3/4 usw. sind ebenfalls Strahlungspunkte. Vor allem auf je mehr Länge desto besser erhalten. Das Abstimmen einer Antenne ist das Ergebnis des Versuchs, während des Sendens den größten Strom aus dem Sender herauszuholen. Je aktueller die meiste Strahlung und je größer die Entfernung, die das Signal zurücklegen wird. Bei dieser Einstellung funktioniert der Empfang auch am besten. Wenn die Abstimmung ausgeschaltet ist, wird ein Teil des Ausgangssignals zurückreflektiert, was zu einem Widerstand und weniger Strahlung führt, was zu einem Abstandsverlust führt. Diese Anpassung wird als swr der Antenne bezeichnet und durch ein Verhältnis dargestellt. Je niedriger das Verhältnis, desto besser. Ein Abstimmkreis kann verwendet werden, um die Geschwindigkeit der meisten Kabellängen auszugleichen.

Es gibt bereits einige Antworten zu Unterschieden zwischen $\frac{\lambda}{4}$ Monopol und $\frac{\lambda}{2}$ Dipole und die damit verbundenen Verstärkungsmuster, daher werde ich die Antworten mit etwas über Impedanzanpassung und charakteristische Impedanz ergänzen.

Es ist möglich zu zeigen, dass die maximale Leistungsübertragung in einem Gleichstromkreis stattfindet, indem einfache Ersatzschaltungen analysiert und die Ableitung eingestellt werden. $\frac{dP}{dR} = 0$ Gleiches gilt für komplexe konjugierte angepasste Reaktanzen (Wechselstromkreise mit Induktivitäten und Kondensatoren). Ihr Sender hat eine effektive Ausgangsimpedanz und aufgrund der Antennengeometrie, der Position im Verhältnis zu anderen Strukturen und den beteiligten Materialien ist auch eine komplexe Impedanz zugeordnet. Damit eine maximale Leistungsübertragung auftritt, müssen die Impedanzen komplex konjugiert angepasst werden.

Die Spule auf der Platine kann Teil dieses Anpassungsnetzwerks sein. Der Reflexionskoeffizient gibt an, wie viel Energie in Ihren Sender zurückgeworfen wird und möglicherweise verloren geht. Je nachdem, wie falsch Sie eingestellt sind, können Sie die Verstärkungseigenschaften der Antenne in den Schatten stellen.

Wenn Sie die Länge der Antenne ändern, kann dies zu Fehlanpassungen und Stromausfällen führen. Der tatsächliche Längenwert kann durch das bereits auf der Karte vorhandene Netzwerk beeinflusst werden.