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5波段偶极天线制作详解

2015-07-18 22:00:14      点击:

        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80m40m20m15m10m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, 10m20m40m为自然谐振,15m 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 4 0 m m , 长 270mmPPR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 4 5 m m    内 径 25mm  8mm、导磁率m60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 F 12.7mmPVC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10m20m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50-750-9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 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。 10m20m40m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1cm1cm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。

         L a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  设计工作频率; f a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   0.2842m,即振子两臂,每边 缩短0.2842/2=14.21cm