Антенны КВ Обсуждая уровни сигнала и выходную мощность, радиолюбители любят говорить примерно следующее: «Использование большей мощности не важно, потому что это даёт всего лишь одну дополнительную единицу S» и «Вы потеряете часть мощности в коаксиальном кабеле, но даже не заметите нескольких децибел».
Эти утверждения часто верны, но в то же время могут быть совершенно неверными. Замечено, что радиолюбители, работающие на пределе возможностей своей станции, внимательно следят за каждым децибелом, который они приобретают или теряют. Это особенно актуально на частотах VHF/UHF, где сигналы могут быть слабыми. Децибел здесь, децибел там, и в итоге получается что-то значительное!
Определения
Для начала давайте убедимся, что мы правильно понимаем несколько определений. Децибел (дБ) определяется как отношение двух уровней мощности:
дБ = 10 log (P2/P1)
Один децибел соответствует увеличению уровня мощности на 26%. Известное эмпирическое правило гласит, что удвоение мощности соответствует увеличению на 3 дБ. Аналогично, уменьшение мощности вдвое снижает уровень сигнала на 3 дБ. Увеличение мощности в 10 раз составляет 10 дБ. (Напряжение также можно использовать для расчёта соотношения децибел, но для простоты будем использовать только мощность).
Единица S обычно определяется как изменение уровня сигнала на 6 дБ, что в 4 раза больше мощности. (Ваш S-метр может фактически следовать этому правилу, а может и нет, но это тема для отдельного разговора).
Уровень мощности
Давайте сравним несколько разных уровней мощности, чтобы понять, как ведут себя децибелы и единицы S. В качестве эталонной мощности возьмём уровень QRP 5 Вт. Если мы увеличим мощность до 100 Вт, то получим увеличение уровня мощности на 10 log (100/5) = 13 дБ. Это немного больше, чем две единицы S (2 x 6 дБ), поэтому мы ожидаем, что S-метр на другом конце покажет на 2 единицы больше.
Теперь предположим, что мы включаем линейный усилитель для получения радиочастотного сигнала мощностью 1 киловатт. Этот уровень мощности на 10 log (1000/5) = 23 дБ выше, чем у сигнала мощностью 5 Вт, или примерно на четыре единицы S.
Теперь, если наш QRP-сигнал изначально был стабильным S9, добавление ещё 23 дБ может быть не таким уж значительным. Станцию можно услышать на уровне S9 или даже громче на уровне S9 + 23 дБ. За исключением случаев, когда множество станций одновременно принимают редкий дальний сигнал… тогда обычно слышна самая громкая станция. Умелая работа оператора и удача могут компенсировать разницу в мощности.
Но рассмотрим другую крайность. Наша QRP-станция принимается на приёмной стороне на уровне шума. Обе станции с трудом устанавливают связь, и качество распространения сигнала ухудшается на 2 дБ. Теперь уровень шума на QRP-станции ниже уровня шума, и сигнал невозможно принять. Мы увеличиваем мощность до 100 Вт и получаем 2 S-единицы усиления… сигнал всё ещё не очень сильный, но способность принимать сигнал значительно улучшается. Увеличьте мощность до 1000 Вт, и вы получите еще пару S-единиц усиления, и качество приёма будет довольно хорошим.
Ключевой момент заключается в том, что изменения уровня сигнала наиболее важны на пределе возможностей, когда сигнал едва удаётся принять. (Кстати, в работе с QRP нет ничего плохого… многие операторы получают удовольствие от решения сложных задач по установлению связи на низкой мощности).
На приёмнике наша способность восстановить сигнал определяется отношением сигнал/шум (SNR). Более высокий уровень шума на приёмнике означает, что будет сложнее услышать входящий сигнал. Тип используемой модуляции также может иметь большое значение. Старый добрый CW и режимы WSJT используют более узкую полосу пропускания и справятся с задачей, когда широкополосная модуляция (SSB, FM) окажется неэффективной. Во всех случаях более сильный сигнал работает лучше.
Антенны
Антенные системы также повышают уровень нашего сигнала… и делают это как для передачи, так и для приёма. Недавно проводилось сравнение УКВ-антенн на саммите SOTA. 2-метровая антенна Yagi имеет усиление 6 дБ (относительно диполя), и сравнения показали, что производительность этой антенны была достаточно хороша, чтобы выделить некоторые сигналы из шума и обеспечить их стабильное воспроизведение. Это происходило, когда сигнал другой станции находился прямо на уровне шума (при использовании других антенн с меньшим усилением), так что улучшение на 6 дБ имело существенное значение.
Иногда радиолюбители говорят, что в УКВ-диапазоне распространение сигнала происходит только в пределах прямой видимости, и уровень сигнала не имеет большого значения. Это отчасти правда, но часто мы пытаемся установить связь за пределами прямой видимости, то есть когда мы работаем на пределе возможностей, и каждый децибел имеет значение.
Потери в фидере могут привести к потере децибел, что влияет как на передачу, так и на приём. Если ваш коаксиальный кабель короткий, то потери могут быть незначительными. Увеличение длины кабеля и частоты приводит к увеличению потерь. Например, 30 метров кабеля RG-8X имеют потери всего 1,1 дБ на частоте 10 МГц. Увеличьте частоту до 146 МГц, и потери подскочат до 4,5 дБ. Это означает, что 50 Вт мощности на передатчике превращаются в 17,7 Вт на другом конце кабеля. Использование коаксиального кабеля LMR-400 снижает затухание до 1,5 дБ.
Резюме
Вы можете игнорировать небольшие изменения уровня сигнала. Децибел здесь или там может не иметь большого значения при обычной работе с любительской радиосвязью. Но эти потери, как правило, накапливаются и могут стать существенными. Что наиболее важно, всего несколько децибел могут стать критической разницей между установлением радиосвязи и её отсутствием, когда работаешь на пределе возможностей.
K0NR
