Antena de cuarto de onda de 433MHz: ¿más larga es mejor?

Question

Estoy intentando llevar a cabo un proyecto de RF utilizando módulos XY-MK-5V / XY-FS:

enlace aquí

Mi problema es que a pesar de que la mayoría de los blogs y las búsquedas en Google de estos módulos utilizan una antena de un cuarto de onda de longitud (aproximadamente 17,2 cm), mi transmisión es peor que cuando utilizo una antena más larga. Cuando la antena es más larga de 30 cm (cerca de 1/2 de longitud de onda) realmente obtengo una mejor recepción en rangos más largos. (7 metros frente a 14 metros)

Así que mi pregunta es, ¿qué tan malo es usar antenas más largas? ¿Hay alguna razón para que se recomienden las antenas de 1/4 de onda?

Answer 1

En realidad, no es tan extraño. A monopolo de cuarto de onda antena ( l \= /4) depende de un plano reflectante normal a la antena para actuar como un dipolo. (Como una antena VHF en un coche.) Sin este plano, la antena de cuarto de onda no funcionará correctamente.

La solución, como has comprobado, es utilizar una especie de dipolo de media onda antena con una longitud igual a la mitad de la longitud de onda de la señal ( l \= /2).

No hay nada malo en utilizar una antena más larga. La razón para recomendar una antena de cuarto de onda es probablemente que tiene una mayor ganancia de antena que el dipolo, así como el hecho de que simplemente ocupa menos espacio... También es más simple que un dipolo "real".

Los artículos de la wikipedia sobre dipolos y monopostes son bastante informativos.

Answer 2

En realidad, muchas placas de circuitos de 433MHz tienen una bobina con algunos devanados entre los circuitos y la almohadilla de soldadura marcada como ANT. La XD-RF-5V que estoy usando tiene una bobina de tres devanados con un diámetro de 5mm. 5mm x 3 x PI son casi 5cm, por lo que la parte externa de la antena debería ser de unos 12cm para llegar a una longitud total de un cuarto de lambda.

Siempre me parece que las antenas son magia negra, pero para mí los 12 cm parecían funcionar.

Answer 3

Al calcular la longitud de los elementos de la antena, recuerde que debe utilizar la velocidad de propagación que sea menor que "c", la velocidad de la radiación EM en el espacio libre. Para un factor de velocidad, el 95% es una estimación justa... el número exacto de un simple cable se me escapa en este momento. Por otra parte, la velocidad de la radiación EM en un cable coaxial es mucho más lenta, y se indica para cada tipo de cable coaxial. El 66% es una estimación justa. Esto tiene una importancia dramática si uno está tratando de sintonizar una longitud de cable de alimentación ... no es relevante aquí, pero vale la pena conocer, de todos modos.

El PO preguntó sobre el uso de un "cable más largo" y quiero introducir precaución en ese punto. Johannes agregó, con excelencia, que el OP realmente comenzó con un dipolo de cuarto de onda que usa una segunda mitad fantasma (la tierra, como espejo) para hacer una antena más apropiada... el dipolo de media onda. La orientación adecuada del elemento de cuarto de onda... el cable original... sería NORMAL y RECTA... es decir, para encontrar ese espejo (la tierra) del que depende. No sé a qué altura de la tierra debe estar esta configuración; quizás Johannes pueda responder a ello.

Y lo que es más importante, el dipolo de media onda es FORTALECIDO para los neófitos por su simple patrón de radiación "donut" (omnidireccional), en ángulo recto y en todo su perímetro, con respecto al cable o cables. En otras palabras, se comunica con otras antenas que comparten una relación horizontal mutua. No hay ganancia en la dirección del propio cable... (verticalmente).

El principio de "reciprocidad" dice que las antenas transmisoras y receptoras comparten el mismo reglamento. Pues bien, eso es fácil de asumir, en situaciones de baja potencia como ésta.

Si empiezas a utilizar antenas dipolo más largas, buscas instintivamente una mayor "ganancia". ¡No es una cosa sencilla! Deberías cumplir la regla de utilizar longitudes totales que sean múltiplos Impares de la mitad de la longitud de onda (reducida por el factor de velocidad). Si tu dipolo es simétrico, eso es bueno para los novatos. Aquí está el problema: Las antenas más largas tienen mayor ganancia... pero también tienen patrones de dispersión/recepción cada vez más complejos; es decir, "lóbulos". (1 para un simple dipolo de 1/2 longitud de onda, 3 para un dipolo de 3/2 ondas... incluyendo ambos elementos del dipolo en esta descripción de longitud), etc. Debes entender estos lóbulos o te vas a rascar mucho el trasero, preguntándote qué está pasando. Una vez más, lo que es bueno para el transmisor es bueno para la antena receptora, también.

Luego están los reflejos y las pantallas. Aléjate de los objetos metálicos. Mira hacia arriba (la gente nunca mira hacia arriba, ja, ja) a cualquier antena de televisión común de tejado y verás un dipolo activo (polarizado horizontalmente, por cierto, típicamente) y muchos elementos reflectantes polarizados horizontalmente... Las antenas de VHF tienen reflectores DIPOLOS de DIFERENTES longitudes. Cuando una paloma se sentó en LA MÁS LARGA y la dañó, quizás recuerdes la pérdida del "Canal 2"... si eres lo suficientemente mayor como para recordar que la gente solía depender de las ondas de aire, en lugar del cable, para ver la televisión.

Answer 4

Ya hay algunas respuestas relacionadas con las diferencias entre \$ \frac{\lambda}{4} \$ monopolo y \$ \frac{\lambda}{2} \$ Los dipolos y sus patrones de ganancia asociados, así que aumentaré las respuestas con algo sobre la adaptación de la impedancia y la impedancia característica.

Es posible demostrar que la máxima transferencia de potencia se produce en un circuito de corriente continua analizando circuitos equivalentes sencillos y estableciendo la derivada, \$ \frac{dP}{dR} = 0 \$ Lo mismo ocurre con las reactancias complejas conjugadas (circuitos de CA con inductores y condensadores). Su transmisor tiene una impedancia de salida efectiva y, en virtud de la geometría de la antena, su ubicación con respecto a otras estructuras y los materiales implicados, también tiene una impedancia compleja asociada. Para que se produzca la máxima transferencia de potencia, las impedancias deben ser complejas conjugadas.

La bobina de la placa puede formar parte de esta red de adaptación. El coeficiente de reflexión le indica la cantidad de potencia que se refleja en su transmisor y que posiblemente se pierda. Dependiendo de lo mal acoplada que esté, podría empequeñecer las propiedades de ganancia de la antena.

Para responder a tu pregunta, cambiar la longitud de la antena es probable que provoque un desajuste y una pérdida de potencia. El valor real de la longitud podría estar influenciado por la red que ya está en la placa.

Answer 5

La ciencia detrás de la radiación de la antena es la siguiente: La señal transmitida es una corriente alterna, una onda sinusoidal. A los 0, 1/2 o 180 grados, y de vuelta a los 0 grados de la onda, la corriente está a 0 o al mínimo. En los cuartos o 1/4 (90 grados) y 3/4 (270 grados) de longitud de onda la corriente es la más alta y la radiación es mayor. 1 cuarto de longitud de onda es la longitud de antena más corta que radiará la señal. 3/4 y 1 1/4 y 1 3/4 y así sucesivamente son también puntos de radiación. Especialmente en recepción, cuanta más longitud mejor. La sintonización de una antena es el resultado de tratar de obtener la mayor corriente del transmisor mientras se transmite. A mayor corriente, mayor radiación y mayor distancia recorrerá la señal. Con la mejor sintonización, la recepción también funcionará mejor. Cuando la sintonización está desactivada, parte de la señal de salida se refleja causando resistencia y menos radiación, lo que provoca una pérdida de distancia. Esta sintonía se denomina swr de la antena y se representa mediante una relación. Cuanto menor sea la relación, mejor. Se puede utilizar un circuito de sintonización para equilibrar el swr de casi cualquier longitud de cable.