谈谈天线的业余制作


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51
  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7550)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1011
  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波段工作时,最大电容应是150pF,在2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24%,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150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10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°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)