半波天线Word格式.docx
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半波天线Word格式.docx
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其中以20公尺波段最为人所喜爱,为方便起见,今次就以20公尺为例说明,遇有特殊情形时,将再作注明。
一个20米波长的电波,它的长度由头至尾是2O公尺,如图l。
「半波」便是整个波长的一半,即10公尺。
电流和电压的分布
图2是电流或电压在半波天线上,瞬间分布的情形;
天线的中间,电流最大,电压为零。
天线左右的两端,情形刚好相反,电压最高、电流为零。
这说明两点:
第一,天线发射的主力部份在中间,因该处的电流最大。
第二,根据欧姆定律,中间部份的总阻(IMPEDANCE)也最低,约在70欧姆左右。
在天线的两末端,总阻在数百欧姆左右,而该处电压则最高,电流最低。
明了此两点,便可了解各式各样输送电力至天线的接法及其基本理由。
天线发射角度
天线另一重要特性是电波射出的角度(ANGLEOFRADIATION,或WAVEANGLE)。
发射角度距离地面越小,射程越远,是为捕捉DX的主要条件。
水平架设的单支半波天线,也即是最基本的天线,它的发射角度与天线的构造无关,直接有关的是天线架设离地的高度。
因为,地面会将电波反射,不同的高度,反射的程度不一样,也就影响到电波射出的角度。
图3内A,B,C,D,E,F及G表示天线在不同高度(以波长为单位)时的发射角度。
图3A是天线高度在1/4波长时(20公尺波段即离地为5公尺高),大部份电波在原地向上冲,部份向两旁散出,经电离层反射回地面,如是者往复在原地踏步,不射向远处。
图3C是天线离地1/2波长的情形(20公尺波段,天线离地10公尺),发射角度便达30度左右。
根据很多HAM友的经验,这角度是远距离通讯最低的要求。
在实际应用时,还要顾到地质和环境因地而异的因素,有时虽然天线离地10公尺,但对电波而言,则未达1/2波长高,因而仍叫不到DX;
这时如将天线加高仅1公尺,效果可能会立即不同。
图3B即表示此情况。
天线离地3/8波长(20公尺波段,即天线离地7上公尺高),电波仍在原地徘徊,不去远处。
图3D是天线在3/4波长高(20米波长即为15公尺高)的情形,电波分为三瓣,左右二边的波瓣降低至20°
,这有助于DX通讯,可惜有大部份电波直上云霄,变成浪费。
如果将天线高度升至一个波长高,如图3E(20米波长即为20公尺高),电波就会分为四片,左右各二,最下面的波瓣,角度再降至15°
,更有利于DX通讯,但是上方的波瓣角度达50°
,有利于近距离通讯,但对DX而言则变成是一项损失。
图3F及图3G是天线1又1/2,及2个波长高的情况。
天线越高,最下层的波瓣角度越低,波瓣数量也增多。
在业余无线电界来说,天线应尽量架高,至于因高角度波瓣所造成的电能损失,反为没有人去理会。
在实际架设时所选用的高度,尚要顾及坚固、安全、狂风暴雨等因素。
电能的输送
余下的一个问题,是如何将发射机的电能,有效地输送到天线上去。
一如将电能输送至电灯泡,灯才会亮;
110伏的灯泡要配用110伏特的电,220伏的灯泡配220伏的电,否则不是灯泡不会亮,便是烧毁。
输送高周波的电能至天线,所要配合的是总阻(lMPEDANCE),总阻是直流电阻加上交流电阻的总合。
上一章第2图处已说过,半波天线的中间部份,其总阻值是70欧姆,假如在此点接上一根双导体的电线,它的总阻也是70欧姆,这样,天线的输电点总阻(FEEDPOINTIMPEDANCE),和输电缆的总阻(FEEDERIMPEDANCE)便完全配合。
经此电缆输给天线的电能,天线会全部照单全收,没有电能打回头,此时输电缆上的驻波比(SWR)是1.0。
假如这时天线中间的总阻,由于变更发射频率,或附近建筑物等的影响而变动(为方便说明起见,假定变为80欧姆),天线和输电缆的总阻,便不完全配合。
此时有部份电能,会从天线上反弹回来,驻波比指数便不是1.O了。
再假设天线的总阻不变,仍是70欧姆,若接用52欧姆的输电缆,同样不匹配的情形也会产生。
在实际使用上,半波天线采用52欧姆的输电缆,负面效果并不显著。
在任何情况下,只要驻波比不超过1.3(最大也不好超过2以上),都不成大问题,也不能时时都可以要求十全十美,非要SWR1.0而大兴土木不可。
有很多影响驻波比的因素无法测知,也很难更正,为求SWRl.0,往往白辛苦一场。
驻波比数对应反射电能的数据可见下表。
驻波比数SWR
向前电力(瓦特)
反射电力(瓦特)
1.0
100
1.1
99.8
0.2
1.2
99.0
1.3
98.3
1.7
1.4
97.4
2.6
1.5
96
4
2.0
90
10
2.5
84
16
3.0
80
20
3.5
76
24
4.0
73
27
5.0
69
31
表
(一):
驻波比在2.0以下,可安全使用;
2.5则勉强;
3.0以上,则可能会烧机.计算电压定在驻波比的公式如下:
天线输电点的总阻和输电缆的总阻配合好之后,即上一章所说,两者都是70欧姆左右,就不需要加装「天线调节器」(ANTENNATUNER),更不需要在天线上加装「配合线路」(MATCHINGNETWORK)。
但不要忘记加装「低周通滤波器」(LOWPASSFILTER)和使用「驻波表」(注:
如果工作频带在VHF及UHF的话,则可考虑在测试完后把驻波比表由系统中移除以减低功率损失),以明了天线工作情况,抑制电波干扰邻居电视等。
半波天线虽然也可以用300-600欧姆的双线平行或梯形输电缆,但要用「配合线路」或「天线调节器」,或其长度要配合波长。
再者,它不似同轴电缆(C0AXIALCABLE)的紧密,电波会从输送线上漏出,造成干扰,非不得已,不用为上策。
天线工作范围举例
拉一条天线,首先要决定工作频率。
以20米波段为例,整个波段的范围,是从CW的一端14.00OMHz到SSB的另一端14.35OMHz为止,一共是35OkHz阔。
依数字来看,天线长度也即是谐振点,应设在中央部份,即14.175MHz处,希望前后都可照顾到,可是在实际上,350kHz的范围相当阔,若要头尾两端的SWR,都在可用而无害的范围内,恐怕不易办到,所以要做各人的需要,放弃一段CW或SSB的频率范围。
如果鱼与熊掌两者都要,并且对捉DX有特殊喜爱,则可将天线谐振点设在14.l00MHz附近,这样便可包含DX电台最喜爱的14.025,也包含大部份SSB的周率,所损失的仅是SSB最高端的一部份频率而已。
如一定要用该部份的周率,则可加用天线调节器来补救。
本文所指一条天线的可用范围,是指在某一频率范围内,例如14.000至14.300MHz,SWR不超过2.5以上,否则发射效率非但低,并且从天线反弹回来的电波,会打坏发射机的后级放大。
天线的长度和调整
天线的长度可依下列公式来决定:
在剪线时,剪得稍长一些,以利调整,因为将线剪短比加长容易得多。
天线尾端的处理可如左图4,甚为好用。
天线支柱的顶端宜加装滑轮,方便拉上拉下。
天线在地面制造好后,拉上支柱顶,测看其谐振点,是否在所设计的频率上;
这时可将发射电力降至lOW左右(即酌量QRP),接上天线,并测从14.000至14.350MHz每隔5OkHz的SWR,
将SWR读数写在纸上,如下表的例子所示,不要单靠记忆。
留下SWR的记录,日后有问题时可以用来作参考。
频率MHz
第一次SWR
第二次SWR
第三次SWR
14.000
1.8
2.1
14.050
1.6
14.100
14.150
2.2
14.200
2.4
14.250
2.8
2.3
14.300
14.350
3.7
3.4
第一次读数表示天线过长,因其最低的SWR在]4.000边缘,剪短些少后,第二次读数得知谐振站在14.050处,14.300处SWR太高,表示天线仍然过长了些,再剪去些少,复量SWR,读数如最后一栏所示,天线的谐振点在14.100处。
14.000处的SWR是2.1,可用;
14.300处是2.5,勉强可用;
14.350处太高了,要加天线调节器,或不用该段周率。
多波段的半波水平天线
单波段用的水平半波天线,也可改装为多波段半波天线,如图5。
其方法是截剪适合所需各个波段长短的铜线,用绝缘物,如塑料片之类,挂吊在最长的一根天线下。
这数根长短不同的天线可共接上同一根输电缆。
图5的例子,最上的一根用于7MHz,中间的用于l4MHz,最下的用于28MHz,2lMHz波段可和7MHz的一根共享,因为7MHzx3=2lMHz,无须另制。
多波段的水平天线,也可用「截波器」(WAVETRAP)来达成,但不易简单制成,所以在此不谈。
倒-V式天线
架设水平天线,要用二根支柱,且要用拉索以防支柱倒下,架设不太容易,也占地甚广。
有人改用一根支柱,只将中央部份吊高,两边向下垂,如「倒-V字」形,经业余界使用多年,证明其效果相当好。
架设要点如图6,其中央部份的高度,应高于1/2波长,以求其发射角度低于30度;
发射的电波则属垂直性极化(VERTICALWAVE),有利于DX通讯。
天线两侧的高度逐渐降低,该两侧发射的电波,有利于近距离通讯。
这确是一根远近皆宜,架设容易的天线,特此介绍。
「倒-V式」天线,因其两端倾向地面,钢线实际的长度,依公式的长度减短3-5%,其中央输电点的总阻,也以同理降至50欧姆左右,更配合编号RG-8的50欧姆的同轴电缆。
「倒-V式」天线,也可加挂不同波段的铜线,作多波段用。
架设「倒-V式」天线的中央支柱,要用非金属物体,最起码,最顶端二、三公尺处不用金属体,用结实的PVC通或尼龙棒都非常理想。
二天线架设的地点
架设任何天线应远离电力、电话线,即使在倒下的距离,彼此不能相碰,为最低要求。
业余天线要尽量架在空旷、四野无障碍物处,如迫不得已,天线与建筑物之间的距离,不要少于七公尺。
爬铁塔对业余无线电同好来说,都是生手,这需要有训练的专业人员来做。
如非不得已,一定要系上安全带,即使是粗麻绳,也比不用好。
生命太可贵了,万万不可逞强或疏忽。
73!
编者按:
上图由于可能只是用自由手绘关系,各小图及波形间未必全合比例
邪恶动态图o2k0O2QDcoDL
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