Antena de comprimento de onda de 433MHz: quanto mais tempo, melhor?

Estou tentando realizar um projeto de RF usando os módulos XY-MK-5V / XY-FS:

link aqui

Meu problema é que, embora a maioria dos blogs e pesquisas no Google por esses módulos usem uma antena de um quarto de onda (aproximadamente 17,2 cm), minha transmissão é pior do que quando uso uma antena mais longa. Quando a antena tem mais de 30 cm (perto de 1/2 comprimento de onda), na verdade, recebo uma melhor recepção em intervalos maiores. (7 metros vs 14 metros)

Então, minha pergunta é: quão ruim é usar antenas mais longas? Existe uma razão para as antenas de 1/4 de comprimento de onda serem recomendadas?

Na verdade, não é tão estranho. Uma antena monopolar de quarto de onda ( l = λ / 4) depende de um plano reflexivo normal da antena para atuar como dipolo. (Como uma antena VHF em um carro.) Sem esse plano, a antena de quarto de onda não funcionará corretamente.

A solução, como você descobriu, é usar um tipo de antena dipolo de meia onda com um comprimento igual à metade do comprimento de onda do sinal ( l = λ / 2).

Não há mal nenhum em usar uma antena mais longa. A razão para recomendar uma antena de quarto de onda é provavelmente o ganho de antena mais alto que o dipolo, além do fato de que ele ocupa menos espaço ... É também mais simples que um dipolo "real".

Os artigos da Wikipedia sobre dipolos e monopólios são bastante informativos.

Na verdade, muitas placas de circuito de 433 MHz têm uma bobina com alguns enrolamentos entre o circuito e o bloco de solda marcado como ANT. O XD-RF-5V que estou usando tem uma bobina de três bobinas com um diâmetro de 5 mm. O PI de 5 mm x 3 x representa quase 5 cm, portanto a parte externa da antena deve ter cerca de 12 cm para atingir um comprimento total de um quarto de lambda.

Eu sempre acho que as antenas são magia negra, mas para mim 12 cm pareciam funcionar!

Ao calcular o comprimento dos elementos da antena, lembre-se de usar a velocidade de propagação menor que "c", a velocidade da radiação EM no espaço livre. Para um fator de velocidade, 95% é um palpite razoável ... o número exato de um fio simples me escapa no momento. Além disso, a velocidade da radiação EM em um cabo coaxial é muito mais lenta e é listada para cada tipo de cabo coaxial. 66% é um palpite justo. Isso tem uma importância dramática se alguém estiver tentando ajustar um comprimento do cabo do alimentador ... não relevante aqui, mas vale a pena conhecer, da mesma forma.

O OP perguntou sobre o uso de um "fio mais longo" e quero introduzir cautela nesse ponto. Johannes acrescentou, com excelência, que o OP realmente começou com um dipolo de quarto de onda que usa uma segunda metade fantasma (a Terra, como um espelho) para criar uma antena mais adequada ... o dipolo de meia onda. A orientação adequada do elemento de quarto de onda ... o fio original ... seria NORMAL e RETO ... ou seja, para encontrar o espelho (a terra) do qual ele depende. Não sei a que altura deve estar essa configuração; talvez Johannes possa responder isso.

Mais importante, o dipolo de meia onda está PERDOANDO os neófitos por causa de seu simples padrão de radiação "rosquinha" (omnidirecional), perpendicularmente e ao redor, ao (s) fio (s). Em outras palavras, ele se comunica com outras antenas que compartilham um relacionamento horizontal mútuo. Não há ganho na direção do próprio fio ... (verticalmente).

Um diretor de "reciprocidade" diz que as antenas de transmissão e recepção compartilham o mesmo livro de regras! Bem, isso é fácil de entender, em situações de baixa potência como essa.

Se você começar a usar antenas dipolo mais longas, estará instintivamente procurando por um "ganho" maior. Não é uma coisa simples! Você DEVE seguir a regra de usar comprimentos gerais que são múltiplos ímpares de metade do comprimento de onda (reduzido pelo fator de velocidade). Se seu dipolo é simétrico, isso é bom para iniciantes. Aqui está o problema: antenas mais longas têm maior ganho ... mas também têm padrões de dispersão / recepção cada vez mais complexos; como "lóbulos". (1 para um dipolo simples de 1/2 comprimento de onda, 3 para um dipolo de 3/2 de onda ... incluindo ambos os elementos do dipolo nesta descrição de comprimento), etc. Você deve grok esses lobos ou vai fazer isso alguns arranhões sérios no seu traseiro, imaginando o que está acontecendo. Novamente, o que é bom para o transmissor também é bom para a antena receptora.

Depois, há reflexões e telas. Mantenha longe de objetos de metal. Olhe para cima (as pessoas nunca olham para cima, ha ha) em qualquer antena de televisão comum no terraço e você verá um dipolo ativo (polarizado horizontalmente, a propósito, normalmente) e muitos elementos refletivos polarizados horizontalmente ... Antenas VHF possuem refletores DIPOLE em comprimentos DIFERENTES. Quando um pombo sentou no LONGEST ONE e o danificou, você pode se lembrar da perda do "Canal 2" ... se você tem idade suficiente para lembrar que as pessoas costumavam depender das ondas de ar, e não do cabo, para a televisão. visualização.

A ciência por trás da radiação da antena é a seguinte: o sinal transmitido é uma corrente alternada, uma onda senoidal. Em 0, 1/2 ou 180 graus, e de volta a 0 graus da onda, a corrente está em 0 ou no mínimo. Nos quartos ou 1/4 (90 graus) e 3/4 (270 graus), a corrente é a mais alta e a radiação é a maior. 1/4 de comprimento de onda é o menor comprimento da antena que irradiará sinal. 3/4 e 1 1/4 e 1 3/4 e assim por diante também são pontos de radiação. Especialmente ao receber o maior comprimento, melhor. O ajuste de uma antena é o resultado de tentar obter o máximo de corrente do transmissor durante a transmissão. Quanto mais atual, maior a radiação e maior a distância que o sinal percorrerá. Nesse melhor ajuste, o recebimento também funcionará melhor. Quando a sintonia está desativada, parte do sinal de saída é refletido de volta, causando resistência e menos radiação, causando perda de distância. Essa correspondência é chamada swr da antena e é representada por uma razão. Quanto menor a proporção, melhor. Um circuito de sintonia pode ser usado para equilibrar o swr da maioria dos comprimentos de fio.

$\frac{\lambda}{4}$ monopolo e $\frac{\lambda}{2}$ dipolos e seus padrões de ganho associados, então aumentarei as respostas com algo sobre correspondência de impedância e impedância característica.

É possível mostrar que a transferência máxima de energia ocorre em um circuito DC analisando circuitos equivalentes simples e definindo a derivada, $\frac{dP}{dR} = 0$ O mesmo se aplica às reatâncias complexas combinadas de conjugados (circuitos CA com indutores e capacitores). O seu transmissor possui uma impedância de saída efetiva e, devido à geometria da antena, localização em relação a outras estruturas e materiais envolvidos, também possui uma impedância complexa associada. Para que a transferência de potência máxima ocorra, as impedâncias devem ser conjugadas complexas.

A bobina no painel pode fazer parte dessa rede correspondente. O coeficiente de reflexão indica quanta energia está sendo refletida de volta no seu transmissor e possivelmente perdida. Dependendo de como você é incompatível, você pode diminuir as propriedades de ganho da antena.

Para responder à sua pergunta, é provável que a alteração do comprimento da antena cause incompatibilidade e perda de energia. O valor real do comprimento pode ser influenciado pela rede que já está no quadro.