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發(fā)燒友業(yè)余制作:悉數(shù)信號傳輸設備—天線

發(fā)布時間:2014-11-28 責任編輯:echolady

【導讀】天線可謂是眾所周知的一個信號傳輸設備,天線質(zhì)量的好壞和位置在接收信號的過程中都至關重要。對于業(yè)余無線電愛好者來說,業(yè)余條件下制作出高質(zhì)量的高頻天線是非常有成就感的事情。下面小編就為大家分享發(fā)燒友業(yè)余制作的各種天線。

天線可作為發(fā)射機的終端、接收機的前端,它是一個諧振裝置,但又區(qū)別于一般的參數(shù)式諧振回路,因為它可以在許多頻率上都產(chǎn)生諧振。天線在收發(fā)信電路中所占的位置非常重要,天線質(zhì)量的好壞,決定了收發(fā)信距離的遠近及收發(fā)信效果的好壞。業(yè)余條件下,制作一付高質(zhì)量的甚高頻與超高頻天線,一直是廣大業(yè)余無線電愛好者追求的目標。下面筆者將常見甚高頻與超高頻天線的型式及制作方法介紹如下。

在動手制作天線前,必須首先知道天線的基本公式,即:波長(米)=速度/頻率=300/頻率(MHz)。由于人們使用的絕大多數(shù)天線是以半波長的導體為基礎的,故1/2波長(米)150/頻率(MHz)。根據(jù)此公式即可直接用它得出天線的長度,用這個尺寸制造的發(fā)射(或接收)天線可以在預期的頻率上發(fā)生諧振。另外,我們還應該記住傳輸線和天線的以下特點:(1)長度短于四分之一波長的短路線呈電感性;(2)長度短于四分之一波長的開路線呈電容性;(3)如果一條任意長度的導線的終端電阻等于它的特性阻抗,那么它就是一個純電阻性的負載,因而不會把能量反饋回信號源;(4)長度略短于四分之一波長倍數(shù)的天線呈電容性;(5)長度略長于四分之一波長倍數(shù)的天線呈電感性;(6)電感性負載可用加入電容的方法來匹配,電容性負載可用加入電感的方法來匹配。

一、接地平面鞭狀天線

此類天線是由一根垂直受激的四分之一波長振子與一個人工地面(三根或四根水平放置的,而且在電氣上是接地的輻射棒)組成。其中輻射棒應至少有四分之一波長,如果它們是完全水平放置的,則饋電點阻抗大約是34歐姆,如接地輻射棒向下傾斜45度,饋電點阻抗則會提高到50歐姆,這是與標準同軸線進行匹配的理想阻抗值。即使是讓輻射棒發(fā)生傾斜,它的失配狀態(tài)仍略小于15∶1。

1、接地平面天線

1/4波長的接地平面天線。四根呈輻射形裝置的金屬棒模擬大地,并接在同軸線的屏蔽層上,同軸線的中心導體與垂直振子相連接。

2、吸盤天線

此天線通常放置于車頂,它把車身看成是接地平面,它通過油漆與車身進行電容性耦合。在其工作頻率上,若位于車漆兩面的磁座和車身之間的電容只有10pF,那么其電抗則小于1歐姆。

3、彎曲單極天線

如果把兩個四分之一波長天線連接在一起,從而可使其阻抗提高四倍。阻抗之所以提高是因為電流被兩個天線分擔的緣故,這時每個天線中只流過單根天線電流的一半。其饋電點阻抗就可與150歐姆的導線合理的進行匹配。材料可用銅或鋁管。

4、300歐姆的垂直天線

當我們使用具有300歐姆輸入阻抗的設備時,可以根據(jù)彎曲單極天線原理向三個天線饋電,就可使其與300歐姆的導線有良好的匹配,其制作材料可利用銅管、鋁管或板材。

二、盤錐形天線

自成一體的垂直極化天線。該天線的頻率覆蓋相當寬,因而可在數(shù)個倍頻程上工作,該天線的尺寸主要取決于最低的工作頻率。圓錐底的直徑和圓錐截面的弦長都是四分之一自由空間波長,圓盤的直徑是圓錐底面直徑的0.68倍;圓盤與圓錐之間的空間距離在14MHz時是15.6厘米;在144MHz時是2.6厘米,依此可推測出任一頻率的間隔值。制作時,我們可用金屬板、金屬網(wǎng)或底部的編織,或以間隔不超過1/50波長的導線來制作圓錐。

三、J形天線

J形天線是一種用四分之一波長匹配短線進行饋電的天線,它是甚高頻段唯一的端饋半波天線。天線半波振子(長振子)的長度可按L(厘米)=14404/F(MHz)計算;短線(短振子)長度可按L(厘米)=7488/F(MHz)計算。J形天線的底部可接地,當使用同軸線饋電時,將較短的振子的底部接地,并將同軸線的中心引線接到較長的振子上,調(diào)節(jié)較短的振子以獲得最小的駐波比。當用阻抗較高的傳輸線饋電時,把線接在四分之一波長的振子上,調(diào)節(jié)接點位置以獲得最小駐波比。

四、簡單的甚高頻偶極天線

此類天線最方便的就是制作時不用銅或鋁管,它只需要將使用的75(50)歐姆同軸電纜,在其長度為二分之一波長的四分之一波長處,將該同軸電纜屏蔽層向后卷起,并使其覆蓋在線的外部保護層上,同時使暴露出來的導體保持一直線,這就形成了兩個在中部用匹配同軸電纜饋電的四分之一波長振子,即一個偶極天線。調(diào)整時只需修整中心導體和折回的外部導體部分即可。

五、折疊偶極天線

將兩個偶極天線互相串聯(lián)在一起可形成折疊偶極天線。這種天線的饋電點阻抗大約是300歐姆,能與價格低廉、容易購買到的雙芯扁饋線相匹配,其缺點是調(diào)整困難。制作時兩端的夾子可用金屬制作,在調(diào)節(jié)這種天線時,應確保兩個夾子中心點的距離是相等的。另外,這個天線上部的中點可以接地,這樣就可將它安裝在一根金屬架上,形成八木天線的一部分。

 六、扇形偶極天線

扇形偶極天線也叫“蝴蝶結”天線或錐形天線。它廣泛運用于甚高頻的電視信號接收。

 七、T匹配與伽馬匹配天線

T匹配與伽馬匹配天線也叫萬能天線。

T匹配使用平衡線,如雙芯線;伽馬匹配則采用非平衡線(同軸線),其導線長度可用滑動夾來調(diào)節(jié)匹配,也可用電容器將多余的電抗分量調(diào)整掉,在20米波段工作時,最大電容應是150pF,在2米波段工作時,最大電容則應是15pF。根據(jù)波長每米7.5pF的比例,我們能輕而易舉地用可變電容器覆蓋需要的工作波段。

八、帶有同軸線平衡——不平衡變換器的天線

在甚高頻率上,由于天線尺寸很小,因此,同軸線平衡——不平衡變換器成為實際可行的匹配裝置。其做法是首先切一截半波長的同軸線,并把它接到兩個振子上,然后再把饋線接到其中一個振子上。這個變換器可使阻抗提高到四倍。實踐中,半波長饋線的實際長度是相應的自由空間波長的0.33倍。

九、信號聚焦天線

將發(fā)射機發(fā)射的功率按我們的意愿會聚在一起,此類天線統(tǒng)稱為信號聚焦天線。

此類天線最方便的就是制作時不用銅或鋁管,它只需要將使用的75(50)歐姆同軸電纜,在其長度為二分之一波長的四分之一波長處,將該同軸電纜屏蔽層向后卷起,并使其覆蓋在線的外部保護層上,同時使暴露出來的導體保持一直線,這就形成了兩個在中部用匹配同軸電纜饋電的四分之一波長振子,即一個偶極天線。調(diào)整時只需修整中心導體和折回的外部導體部分即可。

1、八木天線

八木天線是最簡單的多振子定向天線,它是根據(jù)用數(shù)字方法解釋了其工作原理的人而命名的。它由反射器、激勵振子、引向器等組成。其主要目的是將信號引向到激勵振子,并通過反射器將信號聚焦到激勵振子。實際上它就是一付定向天線。

注:第一引向器比激勵振子短4%,第二引向器比第一引向器短2~4%,第三引向器比第二引向器短3%,第四引向器比第三引向器短2%。
另外,八木天線只有激勵振子是直接與設備相連接的,其振子間隔均為0.15~0.2波長。

2、平表面反射器天線

平表面反射器一般用金屬板或平行導線網(wǎng)來制作。若使用金屬網(wǎng),那么編織導線之間的距離不應超過0.1波長,如有可能還應更近些。激勵振子和反射器之間的距離是0.1至0.33波長。饋電點阻抗隨激勵振子到反射器的距離的不同而變化,當距離是0.1波長時,阻抗為20歐姆;距離為0.33波長時,阻抗為75歐姆;距離為0.16波長時,阻抗是50歐姆;距離是0.21波長時,阻抗為75歐姆。反射器本身面積應至少為1個波長見方。

常見的一些反射器具有60°或90°的夾角,這些反射器提供的增益比簡單偶極天線高11dB。反射器的截面尺寸至少是3/4波長,從開口處到頂端的邊長應為一個波長左右。

3、拋物面反射器天線

拋物面是另一種反射器。這種反射面,可用反射的方法把平行的波束會聚于一點。在制作時,我們可參照平面反射器或角反射器的具體方法,根據(jù)饋電點阻抗來確定反射器與焦點之間的距離(激勵振子放置在焦點上)。反射面的直徑應大于波長。直徑為1.5波長時,增益在10dB,面積每增加一倍,增益提高6dB。

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