谈谈天线的业余制作

作者：fmsky 文章来源：HELLOCQ 天线可作为发射机的终端、接收机的前端，它是一个谐振装置，但又区别于一般的参数式谐振回路，因为它可以在许多频率上都产生谐振。天线在收发信电路中所占的位置非常重要，天线质量的好坏，决定了收发信距离的远近及收发信效果的好坏。业余条件下，制作一付高质量的甚高频与超高频天线，一直是广大业余无线电爱好者追求的目标。下面笔者将常见甚高频与超高频天线的型式及制作方法介绍如下。
　　在动手制作天线前，必须首先知道天线的基本公式，即：波长（米）=速度/频率=300/频率（MHz）。由于人们使用的绝大多数天线是以半波长的导体为基础的，故1/2波长（米）150/频率（MHz）。根据此公式即可直接用它得出天线的长度，用这个尺寸制造的发射（或接收）天线可以在预期的频率上发生谐振。另外，我们还应该记住传输线和天线的以下特点：（1）长度短于四分之一波长的短路线呈电感性；（2）长度短于四分之一波长的开路线呈电容性；（3）如果一条任意长度的导线的终端电阻等于它的特性阻抗，那么它就是一个纯电阻性的负载，因而不会把能量反馈回信号源；（4）长度略短于四分之一波长倍数的天线呈电容性；（5）长度略长于四分之一波长倍数的天线呈电感性；（6）电感性负载可用加入电容的方法来匹配，电容性负载可用加入电感的方法来匹配。
　　一、接地平面鞭状天线
　　此类天线是由一根垂直受激的四分之一波长振子与一个人工地面（三根或四根水平放置的，而且在电气上是接地的辐射棒）组成。其中辐射棒应至少有四分之一波长，如果它们是完全水平放置的，则馈电点阻抗大约是34欧姆，如接地辐射棒向下倾斜45度，馈电点阻抗则会提高到50欧姆，这是与标准同轴线进行匹配的理想阻抗值。即使是让辐射棒发生倾斜，它的失配状态仍略小于1?5∶1。
　　1?接地平面天线
　　图1为一个1/4波长的接地平面天线。四根呈辐射形装置的金属棒模拟大地，并接在同轴线的屏蔽层上，同轴线的中心导体与垂直振子相连接。
　　2?吸盘天线
　　此天线通常放置于车顶，它把车身看成是接地平面，它通过油漆与车身进行电容性耦合。在其工作频率上，若位于车漆两面的磁座和车身之间的电容只有10pF，那么其电抗则小于1欧姆。其结构见图2。
　　3?弯曲单极天线
　　如果把两个四分之一波长天线按图3方式连接在一起，从而可使其阻抗提高四倍。阻抗之所以提高是因为电流被两个天线分担的缘故，这时每个天线中只流过单根天线电流的一半。其馈电点阻抗就可与150欧姆的导线合理的进行匹配。材料可用铜或铝管。
　　4?300欧姆的垂直天线
　　当我们使用具有300欧姆输入阻抗的设备时，可以根据弯曲单极天线原理向三个天线馈电，就可使其与300欧姆的导线有良好的匹配，其结构见图4所示，其制作材料可利用铜管、铝管或板材。
　　二、盘锥形天线
　　图5是一个自成一体的垂直极化天线。该天线的频率覆盖相当宽，因而可在数个倍频程上工作，该天线的尺寸主要取决于最低的工作频率。圆锥底的直径和圆锥截面的弦长都是四分之一自由空间波长，圆盘的直径是圆锥底面直径的0?68倍；圆盘与圆锥之间的空间距离在14MHz时是15?6厘米；在144MHz时是2?6厘米，依此可推测出任一频率的间隔值。制作时，我们可用金属板、金属网或底部的编织，或以间隔不超过1/50波长的导线来制作圆锥。
　　三、J形天线
　　J形天线是一种用四分之一波长匹配短线进行馈电的天线，它是甚高频段唯一的端馈半波天线。天线半波振子（长振子）的长度可按L（厘米）=14404/F(MHz)计算；短线（短振子）长度可按L（厘米）=7488/F(MHz）计算。J形天线的底部可接地，当使用同轴线馈电时，将较短的振子的底部接地，并将同轴线的中心引线接到较长的振子上，调节较短的振子以获得最小的驻波比。当用阻抗较高的传输线馈电时，把线接在四分之一波长的振子上，调节接点位置以获得最小驻波比，其结构见图6所示。
　　四、简单的甚高频偶极天线
　　此类天线最方便的就是制作时不用铜或铝管，它只需要将使用的75（50）欧姆同轴电缆，在其长度为二分之一波长的四分之一波长处，将该同轴电缆屏蔽层向后卷起，并使其覆盖在线的外部保护层上，同时使暴露出来的导体保持一直线，这就形成了两个在中部用匹配同轴电缆馈电的四分之一波长振子，即一个偶极天线。调整时只需修整中心导体和折回的外部导体部分即可，见图7所示。
　　五、折叠偶极天线
　　将两个偶极天线互相串联在一起可形成折叠偶极天线。这种天线的馈电点阻抗大约是300欧姆，能与价格低廉、容易购买到的双芯扁馈线相匹配，其缺点是调整困难。制作时两端的夹子可用金属制作，在调节这种天线时，应确保两个夹子中心点的距离是相等的。另外，这个天线上部的中点可以接地，这样就可将它安装在一根金属架上，形成八木天线的一部分，见图8。
　　六、扇形偶极天线
　　扇形偶极天线也叫“蝴蝶结”天线或锥形天线。它广泛运用于甚高频的电视信号接收，其形状见图9。
七、T匹配与伽马匹配天线
　　T匹配与伽马匹配天线也叫万能天线，见图10、11。
　　T匹配使用平衡线，如双芯线；伽马匹配则采用非平衡线（同轴线），其导线长度可用滑动夹来调节匹配，也可用电容器将多余的电抗分量调整掉，在20米波段工作时，最大电容应是150pF，在2米波段工作时，最大电容则应是15pF（图11）。根据波长每米7?5pF的比例，我们能轻而易举地用可变电容器覆盖需要的工作波段。
　　八、带有同轴线平衡——不平衡变换器的天线
　　在甚高频率上，由于天线尺寸很小，因此，同轴线平衡——不平衡变换器成为实际可行的匹配装置，见图12。其做法是首先切一截半波长的同轴线，并把它接到两个振子上，然后再把馈线接到其中一个振子上。这个变换器可使阻抗提高到四倍。实践中，半波长馈线的实际长度是相应的自由空间波长的0?33倍。
　　九、信号聚焦天线
　　将发射机发射的功率按我们的意愿会聚在一起，此类天线统称为信号聚焦天线。
　　1?八木天线
　　八木天线是最简单的多振子定向天线，它是根据用数字方法解释了其工作原理的人而命名的。其结构、制作尺寸及连接方式如图13所示。它由反射器、激励振子、引向器等组成。其主要目的是将信号引向到激励振子,并通过反射器将信号聚焦到激励振子。实际上它就是一付定向天线。
　　注：第一引向器比激励振子短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，八木天线只有激励振子是直接与设备相连接的，其振子间隔均为0?15～0?2波长。
　　2?平表面反射器天线
　　平表面反射器一般用金属板或平行导线网来制作
。若使用金属网，那么编织导线之间的距离不应超过0?1波长，如有可能还应更近些。激励振子和反射器之间的距离是0?1至0?33波长。馈电点阻抗随激励振子到反射器的距离的不同而变化，当距离是0?1波长时，阻抗为20欧姆；距离为0?33波长时，阻抗为75欧姆；距离为0?16波长时，阻抗是50欧姆；距离是0?21波长时，阻抗为75欧姆。反射器本身面积应至少为1个波长见方。
　　常见的一些反射器具有60°或90°的夹角，这些反射器提供的增益比简单偶极天线高11dB。反射器的截面尺寸至少是3/4波长，从开口处到顶端的边长应为一个波长左右。其结构见图14所示。
　　3?抛物面反射器天线
　　抛物面是另一种反射器。这种反射面，可用反射的方法把平行的波束会聚于一点。在制作时，我们可参照平面反射器或角反射器的具体方法，根据馈电点阻抗来确定反射器与焦点之间的距离（激励振子放置在焦点上）。反射面的直径应大于波长。直径为1?5波长时，增益在10dB，面积每增加一倍，增益提高6dB，其结构如图15所示。（全文完）
　　　　　　　　　

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