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【Q&A】几种怪异的无线电天线
2006年6月22日 11:26  来源:IT168  作者:余人杰

 (1) 偏馈半波天线(Windom)
  偏馈半波天线又称温顿天线(如图6-15所示)。这种天线多半用一根单导线做成,馈线也是单导线,接在偏离中心点14%的地方。这种天线被普遍用做收信天线,但也有用它做发射天线的。有爱好者曾把这种天线架设在三楼的阳台上,用QRP小功率电台成功地进行了北京和欧洲之间的CW联络。

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  (2) 垂直天线(Vertical)及其变形
  垂直天线的馈电方法是将馈线的内导体与天线底端相接,将馈线的外导体与地网相接。它的水平面方向是一个圆,即在各个方向上接收或发射电波的恩能够里都相同。这种天线很适合于全向接收。由于这种天线只是独立的一根,架设比较容易,所以常在移动通信中应用。在低波段,爱好者还利用高耸的天线塔架作为天线的一部分使用。图6-16就是一位日本爱好者在160m波段使用的“塔架垂直天线”的馈电方法。

  在频率较低的波段上使用垂直天线,架设高度容易受限制。为能降低高度,可以在天线的馈电端加接电感和电容,这种方法最常见于手持机的拉杆天线。

  还有一些天线,其原理与垂直天线相同,一般也常用于业余收听台。如图6-17、图6-18所示。

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  (3) 八木天线(Yagi)
  对于这种天线,其实我们已经是司空见惯的了,因为接收电视信号的室外天线大都属于这一类。这种天线的发明者是一位名叫八木(Yagi)的日本人,天线因此而得名。八木天线的基本结构如图6-19所示。这种天线有比较强的方向性,且引向器越多,方向性越强,增益也就越高。由于八木天线的方向性强,所以它一般要和天线旋转器配合使用,以便随时转动天线,将方向对准自己的联络对象。中国(以北京为中心)对世界部分主要城市或国家的方位角和大圆距离见附录19。如你的位置不在北京,又想要联络对象精确的方位角,则可用附录18的BASIC程序进行计算。

  八木天线通常可以在多个业余波段工作。这种天线在每根振子上都串接着若干线圈。每一对线圈都对应一个工作波段。在这个波段上工作,该对线圈及其分布电容就处于并联谐振状态,呈现高阻抗,线圈外侧的那段振子就不起作用。不工作在这个波段时,线圈不谐振,相当于一个小电感。这样,由工作频率来调整振子的电气长度,使整副天线可很好地工作在几个不同的业余波段上。

  八木天线的制作材料是铝合金管,并设计成中间粗两端细,以尽量避免每根振子因自重而两端下垂。线圈用粗漆包线或铝线绕制在尼龙棒上,尼龙棒两头紧插在振子铝管内。为保护线圈以及得到一定的分布电容,线圈罩有金属外壳,外壳的一端和振子有电气连接,另一端用绝缘体支撑。馈电的这根振子叫有源振子,它和大梁间是绝缘的,其他振子则是相通的。这是因为每一根振子都是半波长,它们的中点都是“短路点”,即都是电压为零的点,所以在这些点上接地不影响天线的电气性能。

  八木天线的调试是一件很细致的工作。每根振子的长度、振子间的距离都会影响天线的阻抗或是谐振状态,所以还必须经过阻抗变换才能和馈线匹配。最简单实用的阻抗变换方法是“发夹式匹配”,即在馈电处并接一根“U”形导体,U形导体的行度可经实际测试确定。

  图6-19给出的是一个10m波段的三单元八木天线的尺寸。最好是选用圆形铝合金管,也可以试用市销装璜用的其他形状的铝材。笔者曾用25mm×25mm的方形铝管做梁和加强振子的中间部分,用多根不同长度的10mm×10mm槽形及“L”形铝条铆合起来做振子(端部一层,中间三层,逐渐加粗),用普通铜线做U形匹配器,用一般的塑料水管做有源振子的绝缘套管,用铁皮和自制的“U”形螺杆把这些部分固定在一起制成了一副如图6-19所示尺寸的天线。经多年使用,效果很好。其中U形匹配器用绝缘物支撑使其与天线之间保持10cm的距离。U形匹配器和有源振子的两个馈电端接在一起,匹配器长度要经调试确定。50Ω同轴电缆通过阻抗比为1:1的平衡/不平衡转换器(Balun)接到天线的馈电点。

  八木天线的调整可以通过发射机和馈线之间接入的驻波表(参见本书第7章有关部分)进行。首先在小功率状态下记下整个工作波段范围内天线的驻波情况,(可以0.1MHz为间隔取值)找到驻波最小点。正常情况下应该有驻波小于2的频点。然后根据该频点的高低调整有源振子的长度,减短会使谐振频率变高,加长则谐振点变低,变化量以0.5cm为限逐渐调整。U形匹配器的长度影响着整个天线的阻抗,适当调整它的长度,使天线在整个10m波段的驻波都小于1.5。不可忽略大地对调试结果的影响。每次测量都应把天线升到数米以上的高度进行。这种调整过程也适用于其他天线的调试。

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  (4) 方框天线
  这也是一种效果良好的远距离通信天线。方框天线的效果要优于具有相同单元数的八木天线。但方框天线的体积更为庞大,所以它对爱了要求更高,否则很难有抵御强风的能力。天线的基本形态如图6-20所示。图6-20(a)的反射器有一段匹配线,调整它可以使发射器呈阻性或容性。图6-20(b)的反射器尺寸是固定的。这两种天线相对于偶极天线都具有7.3dB的增益,输出阻抗为70Ω。天线用绝缘材料支撑,国外爱好者常用玻纤管制作。天线本身一般用导线制作。方框天线也可以架设成有一对角线和地平行的“钻石状”,如图6-20(c)所示。方框天线的基本数据如表6-1、表6-2所示。
 

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