[火腿课堂]对比分析丨垂直与水平天线效果差多少?

No.09  1993 May.   p56~58,   by 吴尊周 / BV2AP

垂直式天线与水平式天线感度的差异并无定论。一般状况下，只要双方都采用同样极性，即可以有良好的表现；否则，两个不同极性的电台，彼此讯号差将可达 20dB 以上 (即大于功率 100 倍以上)。笔者在此仅就一些常用定则提出讨论，分成 HF 与 V/UHF 两部分 (或视界 100 公里内与视界外)来作比较。

依赖电离层的 HF 波段

HF (3-30MHz) 电波强度在距离电台数公里外即强烈衰减；通常是藉由电离层的反射，才能与数百、数千公里外的对方通联。电离层的一次反射距离约在 2-4 千公里，有时要经过数次反射才能安抵对方，而每一次的反射会衰减掉约 6dB 强度，加上海面波浪之起伏不定及高空电离层因地球自转，每秒有 500 公尺以上之移动；高空的日夜温差达 1000C 以上，作为 HF 电波媒介的电离层也是波涛汹涌，不可捉摸。

定向天线

两天线的极性偏波面已经晕头转向，分不清东南西北。但重要的是；天线的辐射角度方向是否对向电波的来向！有时使用定向天线指错角度会收不到对方，有时原指向北极接收美国来的讯号，却在 180°转弯后收讯更强。定向天线对特定方向之通讯良好是事实，但对于业余之 CQ 全方向呼叫，效果并不一定好，因为 360°内只能收到 90°内的讯号，而且定向天线多为水平架设，以地平面 5 ~10°内仰角之 DX 远距通讯为主，2 千公里短距离的通讯，角度较大，效果也会差些 (其差异是在指向性，不是偏波面)

水平半波天线

水平的半波天线其实是最标准的短波天线，其辐射角度自地平线起至天顶 180°，皆可辐射，但在架设时，离地至少要有 1/4 波长的高度以上才行。其指向性为 ' ∞ ' 字形，有指向性。若要获得 360°全指向，则需要装设两组才可，各朝东西及南北方向。若装南北定向，则拉东西向。

垂直天线

电波在低频 (10MHz 以下) 时，偏爱夜间；10MHz 以上则偏爱日间。而在频率低时，因半波天线的 1/4 波长甚长，架设不便，故多采用垂直天线。

垂直天线 360°皆可辐射，但是对高角度辐射效果较差，因为电波之偏波面历经电离层与海浪之折腾，在达到数千公里外时，已经是面目全非。此时若装设两组垂直天线，相隔 1/4 波长以上，用两台相同性能之接收机收同一频率之远方讯号，会出现一台接收讯号强，另一台或许完全没讯号的现象！有时数秒交替一次，有时两台都很强，此现象即因偏波面不同之相位减衰所造成。

所以，HF 电波在垂直与水平时并无甚大差别。若可能的话，建议装两支垂直的 GP 天线，相离 1/4 波长远；两支水平半波天线 (互相垂直)；再加上一支离地 1/2 波长以上之五节三波段指定向天线，附 360°马达旋转器。

讯号变化强烈

HF 之 QSB 电波衰落大于 20~30dB 时，功率差可达100~1000 倍，收听时有如浪潮般，数秒钟一个起伏，在传播状况不良时，只要稍待数分钟，可能会有强讯号出现。处于波浪谷点的千瓦讯号，有时不如处于峰点的一瓦讯号，完全要看时机。100 瓦的 HF 讯号虽在十公里外，收听起来可能如蚊声，非常困难；然而在数千里外，却可能强到 59 , 60dB/uV 以上。

在笔者万华居所实测结果：收到芦州 100 瓦的 HF 讯号约 40dB/uV；收和平东路 / 新生南路口也是 40dB/uV 左右，但是接收日本 NHK 100 瓩的 17810KHz 广播时，竟高达 80dB/uV，比 40dB/uV 的讯号强了千万倍！但是，电离层只要一变化，虽有千万瓦特之强电台，收不到就是收不到，但有时却只要数米长之单线即可收讯良好。同好们可以试收 3925/6055/9595KHz 的 NSB 日本短波放送，24 小时 5 万瓦特全年无休的广播讯号：或是 9635KHz 的新加坡电台。

架设天线

垂直 GP 与水平DP天线的架设很容易，只要谐振好，效率也不差，端视电离层愿不愿意反射。至于天线选用的种类，并无重大差别，只要随时注意电离层状况，传播良好时，虽只有 1 瓦 (甚或不到)，也可以通全世界！短缩天线的效率差些，放在架设时最好是架高一点，在半波长直径范围内无阻挡物，且不得有另一支天线。笔者曾于水平定向天线下方，用铜线拉起另一水平天线，虽彼此相距 5 米，但当两组天线平行时，SWR变差。因此，在旋转塔上装两组以上的天线时，彼此之间得相距半波长以上，且不得平行。电离层是通讯远近的决定因素，天线与功率只是尽人事而已！当然，天线的性能愈好，通达的效果愈好。

VHF/UHF 超高频

相对于 HF 的长波长，VHF/UHF 超高频之波长较短，易于做到标准的半波天线，架设安装也较简易，效率高，适合移动使用。一般电视天线多用水平式多节定向天线，而行动电台多为垂直 1/4 波长天线，两者互相垂直，降低了强力广播电台与行动电台之间的干扰。在一般情形下，水平与垂直天线的讯号差可达 20dB 以上。

垂直天线对近距离 VHF 通讯较佳是不争的事实；有人主张在 VHF 作 DX 通讯时采用水平天线，主旨是在避开本地之强力垂直天线电台的干扰。在同一极性下 (例如垂直天线)作 FM 通讯时，只要附近有强 10dB (10 倍)的讯号，即会被强食遮没。若改用水平天线，受到另一方的垂直天线干扰程度，会减少 20dB(100 倍)左右，对接收弱讯号之改善颇有帮助。而 V/UHF 的电波易于反射、散射、折射，会干涉因复径传播而生之环节点，导致行动台每移动 1/4 波长距离，讯号强度会有30dB 以上，一波一波的变化，有如天堂地狱之别。

在空旷地即无此现象，若改为多节定向天线，因具指向性之极性排整，排除了异径之相差讯号，降低了环节现象，然则收发同一偏波之要求，也相对需要了。

垂直天线

V/UHF 通常不因电离层而反射，多作为 100 公里内的固定或移动通讯，天线多为垂直极性，天线离地至少 1/4 波长以上。经实际试验；144/430MHz的移动通讯，以 1 米长的垂直鞭状天线最佳；太短则离地 (或基座板)不够，有效辐射径不是，辐射效率偏低；太长则机械强度不够，车行时摇摆不定，将导致强烈 QSB，降低了解度。

水平天线

水平天线一般比垂直天线多一倍增益，而且，加高架设之效果远比垂直天线改善许多。然而行动电台一定是东西南北随意移行，故仍须利用无指向性的垂直天线。垂直共轴天线因为压缩了向天顶方向的功率，使得指向于地平面水平方向之能量作 360°平均射出，有利于30~100 公里内之无指向行动电台。而由建筑物等的反射作用，实际上，水平偏波并不会完全收不到，重要的是天线的指向性及干涉的环节点问题。在通不到的地点，只要移动数米，或到空旷地，即可改善。出租车无线电抢台的要点是；在空旷地连喊三声车号。

环节点影响通讯

在目视距离内可直通的两个固定台，因为天线固定，受到复径传播的影响，会产生环节点，使通讯效果产生迥异的变化。在通讯不良时，只要更换频率数十KHz 或改变位置，以错开谷点，即可强烈影响讯号强度。同样地，水平与垂直天线也会有强烈对比，如同 HF 波段一样，电波经过多重反射、折射后，垂直与水乎天线的 20dB 标准公称差异，也就所差无几了。但是在使用多节排骨 (定向)天线时，双方一定要垂直或水平一致，否则，会有千百倍之差距，甚或完全收不到！绝对不可说水平垂直无差别。

电波是无所不在、无孔不入。其捉摸不定的特性，无人能 100% 指出，得靠大家多利用各种天线予以捕捉，继续研究其特性。

机会短暂

多年来，笔者时常在本地收到V/UHF 的 DX 讯号，曾经就收过来自日本大阪的 FM OSAKA 85.1MHz 广播电台；讯号强时，用小型手提 FM 收音机，短短数十公分的天线，水平或垂直，都可以收得非常清晰，但是一年仅有数次，每次都很短暂，仅有数小时而已。即使跑到三千公尺的高山上，用数十节大型天线尝试接收，在电离层不反射时，收不到就是收不到！

避开阻挡，天天守听

一般在地平线仰角 5~10°内，只要避开高山、建筑物阻挡，天天守听外国 FM 广播电台的强讯指标，即可意外遇上。在虎尾以北地区，往日本方向无高山阻挡之地，如彰滨、员林、台中大肚山以西、林口、台北市区，要以 144/430MHz 通日本，应当每年会有数次机会。笔者在万华就曾用 2 米半长垂直半波 CB 天线，接上家用一般调频收音机，收到新加坡、马来西亚、菲律宾、泰国、韩国、北海通、关岛、昆明、贵川、广西、四川、甘肃、两湖、江西、大陆东北的 90~ 100MHz FM 广播电台讯号！因此，若要用 144/430MHz 通达上述各 地，是绝对可行的，只要用 5~12 节的 YAGI 八木天线、50 瓦输出的条件，每年至少会有一次以上的机会。在夏日冬夜、台风日或气候强变之日，通达的机率最高。有兴趣的同好，请多注意。

结论

水平天线与垂直天线其实并没有很大的差别，20dB 的讯号差对于大自然的数十、数百 dB 而言，显然太微不足道了。只要收与发的两方各用同型天线即可。指向性比偏波性要来得重要，而偏波性只要是同型即可。太空中的通讯则横竖相同，无环节也无干涉。

台湾南北仅 500 公里内，300 公里高的电离层反射镜要仰角 45°以上，才可通达，仅能用 4 ~10MHz 高仰角辐射之条件来完成通讯，高于 10MHz 会穿透电离层。国内业余台近来常在 7.060MHz LSB 通联，南北各地可以通得很愉快。而要避开本地干扰作 DX 远距通讯，最好还是采用水平极化的天线。若要作 EME 月面反射通讯，或 1 千公里以上的 V/UHF 通讯，所使用天线的增益则要高于 30dBi。

来源：http://www.qsl.net/bv3fg/