5波段偶极天线制作详解.docx
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5波段偶极天线制作详解
天线制作十二款之三 5波段偶极天线制作详解
1/2波长双极天线(Dipole,简称D.P天线)是最为常见短波天线之一,也是其他天线的基础。
因为其构架简单,调试容易,成功率高,得到了HAM们的广泛推崇。
由于居住环境的限制,在没有条件安装大型、多波段定向天线的情况下,简单的D.P天线成为了爱好者架设天线的首选,初学者一般都是从单波段D.P天线开始入手ON AIR(通联)。
在获得与国内外爱好者通联的成就感之后,大家可能最先想到的就是如何增加波段,或者改造现有的单波段天线,拓展天线的覆盖频段,以适应不同级别的频率操作范围。
本文就为大家介绍一种拓展了频率范围的5波段偶极天线,可工作于80m、40m、20m、15m、10m五个波段。
该天线的特点是,占用空间相对较小,DIY容易,适合爱好者制作。
天线设计的宗旨:
尽量少用Trap(陷波器)或者缩短线圈;尽量水平架设;尽量不用扇形结构,从而减少占用空间,减少对天线辐射仰角和方向的相互影响,提高天线的辐射效率。
因此,改天线只用一个7MHz的陷波器,10m、20m、40m为自然谐振,15m为40m三次倍频自然谐振;80m单独架设实在太长,因而加入了陷波器,比原尺寸缩短了许多。
制作基本材料
天线振子用14#硬铜线若干米(公式:
半波长为142.5/f);40m天线振子:
10.10m+60cm;20m天线振子:
5.01m+35cm;10m天线振子:
2.53m+35cm;80m天线振子:
1.5m+15cm;绝缘子:
2只;1:
1巴伦1只,如BU-50或者自制;天线振子分离器:
F12.7mmPVC管一根,截为22cm× 6(只),13cm×6(只);陷波器:
在直径40mm,长270mm的PPR管上,用F0.9~1.2mm高强度漆包线绕68圈。
天线的基本形式
天线的基本形式如图1所示,为三线平行的基本结构。
巴伦的自制
如果第一次尝试架设D.P天线的话,建议购买成品巴伦BU-50等。
磁环选用外径45mm、 内径25mm、 厚8mm、导磁率m为60以上的国产或者进口磁环均可。
如图2所示,用RG-58的优质50Ω铜轴电缆正反绕制12圈形成。
当然您也可以用直径0.9~1.2mm漆包线三线绞合,在磁环上绕6~8圈(具体制作略)。
或者用同轴电缆绕制空芯巴伦3.5~30MHz(这种绕制方法的圈数多少并不重要,关键是电缆的长度)。
具体制作方法见图2。
巴伦与振子间的连接
振子两端要用接头,要在压接的基础上进行可靠焊接,然后用不锈钢或者铜螺栓固定。
振子间用F12.7mmPVC管或者其他高频绝缘材料支撑;振子从支撑分离器中穿过(两端各留2cm),然后用直径2mm
漆包线捆扎结实,防止移动,天线变形,如图3、图4所示。
天线振子末端与绝缘子的连接本天线振子的连接与爱好者常用的W-8010不同。
它不需要每个波段专门连接40cm的修剪(尾巴)线段。
只需要结一个扣,多余的部分沿振子折返回来,用捆扎线捆好即可,不要留有任何尾巴,见图5。
巴伦与陷波器的连接
为了在40m振子上增加80m波段,天线使用了陷波器,因此巴伦与陷波器之间的振子连接有一个中间的过渡,与10m、20m单一振子连接有所不同。
这种结构的目的同样是为了便于天线修剪,天线谐振频率的调整,不需要剪短(掉)天线。
其方法是:
天线振子穿过陷波器连接孔(螺丝),然后沿振子返回来,最后用螺栓固定在陷波器上,见图6。
天线的架设
为了取得较好的收发效果,天线无论架设在楼顶,还是地面,基本要求都是架设得越水平、越高越好。
同时天线要远离高大建筑物、铁塔和高压线路。
如果条件有限,也可以进行倒V形式的架设,天线立杆高度至少8~12m。
为了安全,天线两端距离地面要求在3m以上。
天线两臂的夹角越大越好,最小也不得低于90°。
必要时,天线的立杆可以用绝缘绳打固定拉线,防止意外发生。
天线的调试
天线架设完成之后,最重要的事情就是对天馈系统的测量。
首先测量自制巴伦的基本特征。
给巴伦连接好50Ω假负载,输入100W的功率。
检验3.5~30MHz频率范围间的阻抗,一般要求SWR小于1.5。
其次,对50Ω馈线测量,确保所选馈线质量可靠。
比如有没有进水,有没有断路、短路等,必要的时候可以进行损耗和阻抗的测量。
爱好者应尽量选用优质馈线,低损耗馈线,比如藕芯、发泡绝缘介质的馈线。
普通馈线也要求尽量选用50-7、50-9型号以上的50Ω馈线。
第三,要对天线进行测量。
最好的方法是在天线上对每个波段的谐振频率进行测量。
有条件的可以用天线分析仪测试天线的阻抗、驻波等指标。
没有条件的可以在连接好天线的基础上,在馈线的末端利用驻波表进行在线测试。
在线测试由于加入了馈线的电抗成分,测量出来的指标并不能真正反映天线的实际阻抗和谐振频率,因为馈线的长短、阻抗大小、损耗会参与并影响天线分析的准确性。
但一般说来,爱好者在天馈线末端,简单地利用驻波比表进行测量、调试也能取得较好的效果。
天线修剪基本方法
1. 调试首先从最高波段的振子开始,调整每个波段的谐振频率。
10m、20m波段只需要调整绝缘子一端线段的长短即可。
方法是将天线振子末端导线在绝缘子(天线绝缘分离器)上系一个活扣,根据测量的结果同时增减天线两臂末端导线的长短。
谐振频率低了,要适当缩短天线振子的实际长度;谐振频率高了,要适当增加天线振子的长度,具体方式可以参照图5。
修剪天线,不需要用剪刀,更不需要将多余的部分剪掉,只需要将折返回来的导线沿振子捆扎好即可,千万不要留有悬空的"尾巴"。
2. 10m、20m波段调试完成之后,我们就可以继续调整40m波段的谐振频率,方法见图6。
根据测试谐振频率的高低,天线两臂适当增加或减少天线的长度。
修剪天线长度的时候,不用卸载振子的电气连接,只需要按图6将折返线段端适当延长或者缩短即可。
3. 80m波段的调试。
由于40m与80m相关联,因此40m调试好之后就不要再动了。
同时,80m由于加入了陷波器,谐振频率会稍微窄些,因此调试的时候,天线两臂在陷波器之后的长短需每2cm修剪一次。
10m、20m、40m一般情况下非常好修剪,SWR很容易达到我们期望的1.5~1.1以下。
如果40m调试得很好,一般调试其谐振频率为7.050MHz,那么15m波段不用专门修剪,会很容易达到1.5左右的驻波比。
4. 天线由高至低调试完成之后,再对每个波段的谐振、驻波情况进行复查,看看相互之间有无任何影响,先前调试好的波段是否发生了明显的变化。
如果高段与低段牵扯较大,还需要进一步按照上面的步骤进行分析、测试和调整。
天线调试是一个很繁琐的工作,天线需要不断地放下、升起、反复修剪才能达到一个良好的效果。
制作一款自己满意的天线不是照本宣科、按照公式计算好、架设上去就可以顺利工作的,商品天线也是如此,因此我们必须不厌其烦,Cut and Try!
俗话说:
好天线不是做出来的,是修剪出来的,就是这个道理。
另外一方面,修剪天线振子,在设计、计算时就要留有余地。
天线长点还好说,短了就很麻烦,不仅需要焊接,而且强度都是个问题。
同时,室内外人员要相互配合,在线测试时,人员要远离天线振子,避免人体干扰影响测试结果,在楼顶调试时人员要精力集中,注意人身安全。
这款天线爱好者在实际架设、运用中,可能会感到天线的长度与实际测试结果出入很大,这都是正常现象。
因为天线振子的材质、架设的高低,周边环境、地面等不可测因素的影响,都可能极大影响天线的谐振频率。
而我们大家使用的(驻波天线)都是谐振天线,其谐振频率的高低最终决定于天线长短。
在我们不能改观现有条件的情况下,我们只要反复细致调试,多波段偶极天线始终是一个人人都会做,个个都能成功的天线。
根据驻波或者阻抗的大小,天线两端1cm、1cm的反复修剪,一副振子没有上上下下无数次的辛劳是很难达到设想的工作频率的。
下面有一个修建D.P天线的基本计算公式,笔者架设天线的时候,经过计算,一次修剪就达到了期望的工作频率,且SWR低于1.5。
例如:
假设我们的设计工作频率为14.270MHz,经测试,20m天线达到SWR最小值的谐振频率是13.875MHz。
我们可以用一个可编程计算器,或者在电脑上编写一个小程序,现场计算,即时修剪。
La为修剪振子的长度,其值为正时缩短振子长度,其值为负时增加振子的长度; fo为 设计工作频率;fa为实测得到的谐振频率。
公式为:
根据计算得知,20m波段应修剪长度La为 0.2842m,即振子两臂,每边缩短0.2842/2=14.21cm。
一个小时可以做成的UHF波段天线
(一)
很多业余无线电爱好者都喜欢自制天线,在我做过的UHF波段天线里,有一种天线叫SLIMJIM天线(折合振子J形天线),因其制作容易、体积小巧、造价低、效率较高的特点,值得向刚刚步入业余无线电活动的爱好者推荐。
天线材料
该款天线可采用截面积4mm2的铜线,也可使用2mm直径的漆包线、铜焊条、不锈钢焊条、细铜管等来制作,看您能找到什么材料了。
但我还是建议初学者采用粗铜线或漆包线来制作,原因是当制作的尺寸不合适时可方便地修改,如用铜焊条或不锈钢焊条制作,当尺寸不合适时就要推倒重来了。
有了制作经验以后,再使用铜管等材料做VHF波段或HF波段的大型天线。
天线长度
天线的总长度是3/4波长,右边的1/2波长是辐射段,左边的1/4波长是匹配段。
这种匹配方式,是一种对付1/2波长高阻天线最简易有效的匹配方法,各种形式的1/2波长高阻天线都可以用这种方法来匹配,只是手段不同而已。
计算公式:
1/4波长L=300/F×0.96/4(式中:
L-长度,F-频率,0.96-缩短系数)。
此例中:
1/4波长L=300/435×0.96/4。
天线宽度
天线的宽度可在10~30mm,主要看你用于封装的PVC管的内径大小来决定。
如不用封装,可宽一些,UHF波段20mm、VHF波段50mm、HF10m段80~100mm即可。
天线的宽度对馈电点的位置影响很大,天线窄了馈电点的位置偏上,天线宽了馈电点的位置会偏下。
馈电点的位置
理论值是在天线的1/8波长处,而天线受环境的影响较大,天线的制作尺寸不同,所处的环境不同时,馈电点的位置也会不同,不必细究,这很正常。
你从匹配段的开口处向下看,开口处是高阻,很适合与1/2波长的天线匹配,逐渐向下,阻抗也逐渐变低,到短路的地方阻抗为零。
这是一个渐变的过程,总会有一个地方是纯阻50Ω,这就是你要的地方,也是效率最好的地方。
我做的天线宽度是12mm,馈电点大约在由下向上80mm的位置,仔细调整一下馈电点的位置,在435MHz时使驻波小于1.2,天线就合格了。
该天线受环境的影响较大,整个调整过程一定要在实际安装的位置来调整,不然驻波变化会比较大。
天线调整
做完一副新天线,要分两步来调整天线。
1.先要找天线的自然谐振点,即看天线在什么频率驻波最小,此时先不管驻波是多少,只要看你测的这组数据的最小值就行了。
如谐振频率偏低,说明天线长了,如谐振频率偏高,说明天线短了。
反复修整天线尺寸,直到你要的频率驻波相对最小。
2.调整馈电点位置,使驻波调到1.2以内就行了,这样调出来的天线效率最好。
不管是调UHF、VHF还是调HF天线,只要是调谐振型天线都要走以上两步。
不要一开始就调驻波,那样,即使天线的驻波调到1.1时,由于不在其天线的自然谐振点上,天线的工作效率也不高。
天线封装
调好后的天线可装入一根PVC管内,管子的上下装上管帽,在下边的管帽上固定一个电缆头或由电缆直接引出就可实际使用了。
有一点要注意,调好后的天线装入PVC管内后,天线的谐振点将下降0.5~1MHz。
但因天线的工作频带很宽,所以我们也不必太在意。
如果你对此不放心,那么你在调天线时,可事先将中心频率调高0.5~1MHz就可以了。
这款天线制作的成功率很高,很适合新手朋友练习制作,天线在准备好材料后,手快的一小时就可做一条,手慢的半天也能完工了吧?
苗条瘦小的形状适合安装在任何地方。
天线增益大约在4.5dBd,低仰角的特性很适合做远距离通信。
十米的天空--30M水平偶极29.6天线DIY
采购材料:
6米不锈钢管一根
12mm高密度绝缘板一张
12米粗竹竿一根
斜拉绳若干
电缆60米
不锈钢螺丝若干
水泥半袋
沙土半袋
石子半袋
铁桶一只
在*近天线馈电点的地方,把电缆以80mm的直径绕成一个约9圈的线圈(如图六),作为平衡-不平衡转换器,然后固定在主杆上。
当然也可以采用产品的平衡-不平衡转换器,甚至不用。
不过若不用平衡-不平衡转换器的话,在电缆的屏蔽层外就有高频电流流过而产生寄生辐射,不但扰乱天线的辐射方向图,同时会引起TVI(对电视机的干扰)等干扰。
采用了滑轮升降水平偶极+J型U段!
效果有待测试!
此主题相关图片如下天线.jpg:
倒V天线单边振子长度数据及计算方式如下:
水平、倒V天线计算公式
1/4波长水平、倒V天线长度的计算公式:
光速/频率/4*95%=(单臂)长度
21.400MHz天线的计算长度300000/21.4/4*95%=3330mm
14.270MHz天线的计算长度300000/14.27/4*95%=4993mm
7.05MHz天线的计算长度300000/7.05/4*95%=10107mm
29.60MHz天线的计算长度300000/29.60/4*95%=2667mm
以上仅仅是按照公式计算所得的长度,每个波段的天线最好是预长300mm左右,固定好位置后,用驻波表监测着逐步裁剪到最理想驻波的长度。
或者使用发信机结合驻波表,监测每对振子的谐振频率(驻波低于1.2的频点),边测边剪(随着谐振频率的升高,振子也在缩短,直到达到您所要的中心频点都低于等于1.2即可)。
例如:
假设我们的目标频率是21.400MHz上述天线SWR最小值时候的频率读数是19.896MHz。
读数差=21.400MHz-19.896MHz=1.504MHz=1504KHz
计算得知15米波段每KHz对应修剪长度为0.025cm:
15米波段半波振子总修剪值=1504X0.025=37.6(cm)
振子两边对称剪去37.6/2=18.8(cm)
修剪振子要留有余地,差别越小越要细心,防止修剪过多。
还要注意测试人员尽量远离天线振子,或站在偶极天线中间馈电点附近测试,减少人体干扰。
另外,使用天线测试仪时,可以指示天线振子谐振时的阻抗,不断调整天线的夹角和高度可以改变阻抗,尽量调整阻抗接近50欧姆即可。
水平偶极天线角度与阻抗的关系如下:
水平偶极天线给电部角度为180度时的阻抗是73欧姆;从180度角度开始变窄,它的阻抗也会随之渐渐地下降。
150度时是68欧姆,120度时是58欧姆,105时刚好是50欧姆,更窄的角度90度时是42欧姆,60度时刚降列23欧姆。
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