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关于天线阵列 [复制链接]

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离线BA7NQ
 
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只看楼主 正序阅读 0楼 发表于: 2009-05-31
收到一位ham的邮件,以前也有其它人问过:


您好,麻烦您了.我想向您请教一下天线的问题:
我想提高20米波段的增益,我能否用两个4单元单波段八木组成天线阵?如果可以,它们之间的距离是多少?它们组成的天线阵的增益如何?
如果我想在比赛中加强20米波段的成绩,以下两个方向那个更好一些?
1,用两个4单元八木组成天线阵,指向一个方向.
2,用两个4单元八木冲着不同的方向,但是使用一个转向机.


不管哪个波段,用两副定向天线堆叠起来,组成阵列,并通过一定的相位馈电方式,是可以获得更大的增益,理论的天线间距时0.6个波长左右,可以获得3db的理论增益。

但是!短波的通信和超短波通信的情况不一样,天线阵列不是获得最佳通信效果的最好方法。

超短波通信(v/u)属于视距范围内的直线通信,通信距离和天线系统的增益有直接的关系。

短波通信依赖电离层的反射,天线的发射仰角,才是决定通信效果的关键。在于通信对象之间,有合适的发射仰角,使得电波被电离层和和地面的发射次数最少,就可以获得最佳的通信效果。

因此,短波天线阵列,不以追求天线阵列的最大增益为目标,而是追求获得更多的发射仰角,不同距离的通信对象,通过选择发射仰角,获得最佳的效果。

举个例子,你可以把两副20米的天线,安装成不同的高度,间距至少有0.5波长以上,否则,就失去了堆叠的意义,间距越大,发射仰角的差别越大。通日本电台,可以用安装高度低的天线,通北美电台,可以选择高度高的天线。

除了选择不同高度的天线,通过相位控制器,还可以同时向两副天线同时馈电,这样的天线阵列,虽然不能获得最大的增益,但可以获得更多的发射波瓣,这些波瓣的的仰角都不一样,或许,其中一个很适合你的通联对象。通常,一个两副天线的相位控制器,可以有top、bottom、both三种选择的,如果是三副天线的相位控制,除了top、middle、bottom三种选择外,还可以提供更多的组合方法。

对于使用相控(堆叠)的方式,主要的使用方法,都是让所有天线指向同一方向,这样在通联同一电台的时候,通过切换天线,选择最佳的效果。有条件的,可以是旋转铁塔的方式,条件稍差的,是几副天线分别使用独立的转向器,条件再差一些,可以是顶部天线可旋转,中间天线、底部天线采用固定指向的方式。

还有一些大台,干脆全部采用固定指向的方式,固定指向的好处是,切换方向打天线开关就可以了,免除等待漫长的天线转动。为了获得更好的效果,在一个波段上,他们会安装很多不同高度、不同方向的天线。

因此,这些大台对于描述自己电台的配置,由于天线太多,懒得一一说明,只会说,我的15米有50单元,意思就是他的15米波天线,全部加起来有50单元,如果平均一副天线5单元,那么,他的15米天线就是10副了。
离线黑客岛
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只看该作者 75楼 发表于: 2018-03-01
虽然是古墓,不过内容不错,复习一下
姓名:钱江
呼号:bd5hst
地址:杭州萧山区道源路南市花园20-3营业房 家有爱宠宠物店
单位:家有爱宠宠物店
QQ:52575582
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362
只看该作者 74楼 发表于: 2018-02-25
厉害!!学习了!!!
呼号:BH3MT
会员证号:80876
QQ:36611978
设备:FT-817ND
天线:PNV牌730正V,KIY牌14M,29M车载天线。
FT-817电台通联记录:http://www.hellocq.net/forum/showthread-t-258756.FT-817电台通联记录!.html

BH3MT优酷空间:http://u.youku.com/user_show/uid_%E9%AB%98%E6%B3%A2%E5%B0%94%E7%BD%97%E5%A4%AB.html
离线BG6AZJ
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只看该作者 73楼 发表于: 2017-04-10
学习
小概率事件往往是最低级的疏忽和缺陷造成的。
离线BG7YMX
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只看该作者 72楼 发表于: 2013-06-26
用户被禁言,该主题自动屏蔽!
离线BG7YMX
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3464
只看该作者 71楼 发表于: 2013-06-26
用户被禁言,该主题自动屏蔽!
离线BA7KW
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16344
只看该作者 70楼 发表于: 2013-06-26
回 BG7YMX 的帖子
BG7YMX:我简简单单玩就满足了,这东西三年花了我七万元的资金玩电台,简简单单玩就可以了
 (2013-06-25 20:08) 

7万还简单啊!大哥你太谦虚了!
BA7KW  张建华
BA7KW"at"163.com
离线BD4CB
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只看该作者 69楼 发表于: 2013-06-26
回 BG7YMX 的帖子
BG7YMX:我简简单单玩就满足了,这东西三年花了我七万元的资金玩电台,简简单单玩就可以了
 (2013-06-25 20:08) 

七万?那么多?
What doesn't kill you makes you stronger.
离线BD4CB
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2280
只看该作者 68楼 发表于: 2013-06-26
洛阳铲真tmd深!
What doesn't kill you makes you stronger.
离线BG4DRL
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只看该作者 67楼 发表于: 2013-06-25
正像楼上大大们所说,相信你很快会要这个东西的

- Day After Day -
离线BG4DRL
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6934
只看该作者 66楼 发表于: 2013-06-25
回 BG7YMX 的帖子
BG7YMX:我简简单单玩就满足了,这东西三年花了我七万元的资金玩电台,简简单单玩就可以了
 (2013-06-25 20:08) 

你很快就会不在乎钱的

兴趣是一种无价之宝,
何必为难自己 压抑自己的唯一欲望呢
- Day After Day -
离线BG7YMX
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3464
只看该作者 65楼 发表于: 2013-06-25
用户被禁言,该主题自动屏蔽!
离线BG5FCH
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2542
只看该作者 64楼 发表于: 2013-06-25
不小心 进入古墓
姓名:陈宏彬 
呼号:BG5FCH 省会员号6015
电话/微信:18905769923 QQ: 11959769 QQ群号237307213  微信群加微信入群
QTH:浙江省台州市路桥区上马村一区84号 邮编:318050
 支付宝:18905769923@189.cn
http://bg5fch.taobao.com
FCH  G8 销售发布中
离线浦东星
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只看该作者 63楼 发表于: 2013-06-25
回 BG4KYA 的帖子
BG4KYA:''
你对ham的认知和我过去别无二致!
其实这么看是完全错误的,我也是听过老ham才得知,有许许多多bg,bd,ba都是玩家,有些bg爱好者都爱好了一辈子无线电,他们侧重于乐趣,而不是升级升级 .. (2009-07-10 11:29) 

无线电乐趣不仅仅就一个升级2字。
BD4EZC                    
Email:    491049483@QQ.COM
电话:      13386281657
邮址:上海市浦东新区朱天刚
在线BD8CS
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只看该作者 62楼 发表于: 2013-06-24
相折腾这个没有理论基础
四川·南充 173 614 59973
离线BG8SF
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4683
只看该作者 61楼 发表于: 2011-08-03
学习,学习!长知识了!
离线vr2sa
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553
只看该作者 60楼 发表于: 2011-08-03
'
好文,中肯!同感楼主的理论,个人认为:天线增益不是越高越好,天线发射仰角不是越小越好。
以下是本人用最通俗、最不严谨、最不学术的用词说说个人的一些见解,请批评。
一、关于增益:
电波是一种能量,根据能量守恒定律,高增益天线并不是把电波的总能量增强了,而是把电波集中到较窄的某一空间,在该空间的电波密度得到加强。低增益天线把电波散射到较广的空间。
最合适的比喻就是手电筒,天线相当与手电筒的反射镜,调整手电筒反射镜,可能让光线聚焦在一个较小的点上,你会发现被照射的这个点很亮,但周边比较暗,适合看较远物品,视野窄;把手电筒调到散光状态,周边光线强度都比较平均,适合看近距离物品,视野广。
光波能量守恒,在同一条件下,手电筒的反射镜并没有改变灯泡的自身的发光亮度。
电波的也一样,天线并没有改变发射机的功率,更加没有放大发射机的功率。
二、关于发射(仰)角
1、短波
天线的发射角主要包括水平发射角和垂直发射角,在这一小节,我们只讨论水平发射角(也就是我们短波通信中常叫的“发射仰角”)。
短波通联,要玩的痛快,就必须掌握发射仰角与波瓣一些常识,楼主已经分析的很透彻,在这里用通俗的方式描述一下,天线发射仰角越小,通过电离层一次发射跳跃的距离越远,适合远距离通信,一般情况下,发射仰角小于30度的天线适合远距离dx通信,如高架设的多单元短波八木天线,但近距离通信会出现盲区,这类天线不适合国内(省内)通联。
我们会发现,国内通联,高发射仰角的倒v天线,综合效果往往会比高增益的八木天线效果好,斜拉天线仰角更大,通常500公里以内的短波无盲区通信会使用。
我的个人经验:发射仰角的30-60度的适合国内中短通联,发射仰角的小于30度的适合远距离dx,发射仰角的小于20度的,适合猎奇,如南美东岸。
天线架设高度与发射仰角(增益)有很大关系,默认情况,天线的设计增益参考高度都是1/2波长高度,比如,一个设计发射仰角为25度(增益为12dbi)的对数周期短波天线,如果架设高度只有1/4波长高度,发射仰角可能会变成40度,增益也会降到大概9dbi;如果架设高度达到1个波长高度,发射仰角可能会变成小于20度,增益也会增加到13dbi以上。
条件好的比赛基地,通常会使用可升降塔来安装定向天线,这样不单是因为防风的问题,更主要因数是参赛者可以按照通联的目的地距离,升降天线高度,来改变天线增益和发射仰角,达到通联不同地区的目的。
关于波瓣,楼主说的非常清晰了,通常,短波天线的架设高度和波瓣数量有很大关系,架设高度大于1/2波长时,波瓣会增加,大于1个波长时,波瓣会变的尖锐,多个尖锐波瓣对于dx主叫是一件好事,通常会有很好的收获,滩主很容易就做成了,这种方式我们通常笑话是“对多个特定地区播种”。
多波瓣分为水平多波瓣和垂直多波瓣,这里就不再深入了。
2、超短波(u/v段)
在u/v段,通常采用垂直极化方式,视距传播,发射角一般有两个含义,一是水平发射角、一个是垂直发射角。
全方向的gp天线垂直发射角是360度,水平发射角因为增益不同而不同,增益越大,水平发射角越小,假如是一个增益10dbi的玻璃钢天线,水平发射角大约是25度,u/v段gp天线主要通过改变水平方向上的电波密度,实现改变增益。
对数周期天线具有较强的方向性,垂直发射角都跟对数周期天线的单元数目关系最大,水平发射角次之,一个12单元的u段对数周期天线,垂直发射角发射角大约是30度,水平发射角35度,u/v段对数周期天线主要通过改变垂直方向上的电波密度,实现改变增益。
对于使用u/v段中继,了解垂直发射角与水平发射角非常有必要。
架设在城市高楼的中继台,为了确保中短距离的中继效果,一般会选择较低增益的玻璃钢天线(约6dbi),因为低增益gp天线的水平发射角较大,减少了近距离中继盲区。
一般高山中继会采用高增益玻璃钢天线(大于10dbi),较小的水平发射角,满足了中远距离的中继通信需要。
对于使用中继的电台,天线的选型也一样,经常在中继台5公里范围内上中继的电台,尽量使用低增益,较大水平发射角的天线,如果使用高增益gp天线,会出现中继覆盖盲区,效果反而会变差。对于经常使用30公里以上远程中继的电台,建议使用高增益的天线。
三、关于天线阵
  兜了一个大圈,才回到本贴主题,简直是唐僧再世。。。
先来看看天线阵的几种组阵方法:
1、等幅并行馈电组阵:
用于同一指向、同一结构的天线组阵,各单元天线输出的功率相同、相位相同,同方向的增益加大,这是我们业余无线电常用的组阵方法。
2、中央串行馈电组阵:
用于同一结构的天线组阵,各单元天线的功率和相位对应,用于分解承受大功率,如电视发射塔天线、雷达天线等。
3、总线馈电组阵:
用于多个方向天线组阵,各单元天线的功率和相位不同,可以根据控制系统进行分配。
再来看看我们生活应用最广的天线阵:
1、电视信号接收天线阵:
  我们要接收不同方向电视发射站的信号,往往需要多个不同方向的八木天线接收,通过合路器连接到电视机,往往还包括vhf、uhf不同频率的天线进行合路,最典型的案例就是在深圳了,周遍各方向有数十个电视发射站信号,包括深圳、香港、珠三角等地。
在我们工作室,要接收时下最流行的地面数字高请电视,我使用三个八木天线进行合路,一个7单元水平极化八木天线接收深圳台节目(正东方向,706mhz);用了一个5单元垂直极化八木天线接收央视高清节目(正东方向,786mhz,真不明白电视台采用垂直极化发射的目的,估计不想太多人看到,影响有线电视的生意);用了一个3单元4阵列的水平极化八木阵(同方向中央串行馈电组阵)用于接收香港高清信号(东南方向,586、602、650mhz)。三个天线合路到一个数字接收机,苦难重重,两个或三个天线可能同时接收到同一发射站信号,出现信号抵消想象,采用了物理隔离办法(阻挡非接收方向)、滤波隔离(只允许某一频率通过),终于把能收到的22个地面无线高清节目通过一根馈线全部拿下。
这个小试验,是一个大的“总线馈电”天线阵中还包括了一个“串行馈电”子天线阵,可以看出采用“总线馈电组阵”的难度比较大,影响因数比较复杂。
2、蜂窝移动电话天线阵:
  蜂窝移动是贝尔实验最伟大的发明,改变了整个世界的生活方式,蜂窝移动电话系统的核心之一就是数字控制天线阵,整个蜂窝系统其实就是一个庞大的数以万计的蜂窝天线阵,这是一项非常成熟的应用技术,在这里,我们只简单解剖一下单个基站天线阵的情况。
  现在的蜂窝移动基站一般由多个天线组成,每个天线有一定的发射角,有低容量的120度3天线阵基站,也有高容量的60度6天线阵基站,甚至更多的,等等。360度多天线系统,主要功能有二,一是解决数据通信用户容量问题,二是解决了天线增益与信噪比问题,我们来看看用户位置与基站天线的选择,系统是通过计算机软件控制,根据用户到基站各天线之间的信号强度,电子合路切换,选择所需的天线。
  蜂窝移动的天线阵技术虽然很成熟,但要在我们业余无线电里应用,难度还是非常大,假如我们想做一套4个或六个方向的360度覆盖的八木阵,通过计算机,根据来源信号强度来控制所需的收发天线,需要投入资金不是一般个人能承受的。
问题1:用两个4单元八木组成天线阵,指向一个方向。
技术上完全可行,减去功分合路器等中间环节的损耗,会增加大约3dbi的增益,同时发射角变小,波瓣变尖。相对来说能通到的更远的电台,除此之外,也会带来很多的副作用:一是带宽减小,二是swr增大,三是阻抗匹配难度增加,四是需要更精准的转向器。
算了一下这笔帐,还不如做一个6单元八木天线来的直接,效果和这个阵列相当,但轻松多了。
以下这些情况使用这种方式,成本很合算:一是八木天线到达一定的单元极限,电性能和物理性能都不允许增加单元了,二是高波段的八木,如6米波、2米波等,阵列难度和成本都很低;三是高带宽的对数周期天线,14-30mhz对数周期天线要增加3dbi增益,需要增加约2.5倍的材料,而且主梁会过长,物理性能无法保障,所以做成阵列的成本更低。
问题2:用两个4单元八木冲着不同的方向,但是使用一个转向机。
这个问题有点复杂了,在回答这个问题之前,我在上面举了两个例子,电视接收天线阵和蜂窝移动天线阵,要实现不同方向的天线阵合路功分控制,会带来很多的副面影响,只有蜂窝移动通过数字控制技术真正解决了这个问题,我们业余无线电不建议采用这方式,除非你有海量的资金或庞大技术力量,研发出强大的信号分配控制系统。
不过,假如我有两个你那样的八木,尝试一下也不坏。
问题3:想在比赛中通过调整天线系统来加强20米波段的成绩。
  这个问题变得简单了,作为比赛电台,最有效的办法是配置一个10至40米电动可升降铁塔,根据通联目的地需求,调整铁塔高度,改变天线增益和仰角,铁塔就是一个天线增益调整器,非常凑效。
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离线vr2sa
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553
只看该作者 59楼 发表于: 2011-08-03
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收到一位ham的邮件,以前也有其它人问过:
不管哪个波段,用两副定向天线堆叠起来,组成阵列,并通过一定的相位馈电方式,是可以获得更大的增益,理论的天线间距时0.6个波长左右,可以获得3db的理论增益。
但是!短波的通信和超短波通信的情况不一样,天线阵列不是获得最佳通信效果的最好方法。
超短波通信(v/u)属于视距范围内的直线通信,通信距离和天线系统的增益有直接的关系。
短波通信依赖电离层的反射,天线的发射仰角,才是决定通信效果的关键。在于通信对象之间,有合适的发射仰角,使得电波被电离层和和地面的发射次数最少,就可以获得最佳的通信效果。
因此,短波天线阵列,不以追求天线阵列的最大增益为目标,而是追求获得更多的发射仰角,不同距离的通信对象,通过选择发射仰角,获得最佳的效果。
举个例子,你可以把两副20米的天线,安装成不同的高度,间距至少有0.5波长以上,否则,就失去了堆叠的意义,间距越大,发射仰角的差别越大。通日本电台,可以用安装高度低的天线,通北美电台,可以选择高度高的天线。
除了选择不同高度的天线,通过相位控制器,还可以同时向两副天线同时馈电,这样的天线阵列,虽然不能获得最大的增益,但可以获得更多的发射波瓣,这些波瓣的的仰角都不一样,或许,其中一个很适合你的通联对象。通常,一个两副天线的相位控制器,可以有top、bottom、both三种选择的,如果是三副天线的相位控制,除了top、middle、bottom三种选择外,还可以提供更多的组合方法。
对于使用相控(堆叠)的方式,主要的使用方法,都是让所有天线指向同一方向,这样在通联同一电台的时候,通过切换天线,选择最佳的效果。有条件的,可以是旋转铁塔的方式,条件稍差的,是几副天线分别使用独立的转向器,条件再差一些,可以是顶部天线可旋转,中间天线、底部天线采用固定指向的方式。
还有一些大台,干脆全部采用固定指向的方式,固定指向的好处是,切换方向打天线开关就可以了,免除等待漫长的天线转动。为了获得更好的效果,在一个波段上,他们会安装很多不同高度、不同方向的天线。
因此,这些大台对于描述自己电台的配置,由于天线太多,懒得一一说明,只会说,我的15米有50单元,意思就是他的15米波天线,全部加起来有50单元,如果平均一副天线5单元,那么,他的15米天线就是10副了。
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553
只看该作者 58楼 发表于: 2011-08-03
[quote=深圳无线空间]--

  按bg7muv中庸处事原则,这样的言论,他是不会给你回贴的,免得影响社会和谐,事实也是这样,你的所有帖子,他好象都没看见。

  我们深圳火腿看不过眼,已经有几位深圳腿友打电话给我表示不满,今天,我也不怕得罪人了,好事不过三,不吭声别以为就是纸老虎。你这位兄弟也是dx狂人吗?假如是的话,sy2dday还有什么值得自豪,“诺曼底登陆65周年纪念电台”special callsing sy2dday ,这能衡量什么。

  这里是天线技术讨论区,不过,今天的问题肯定要跑题。

  要说dx,这些年我也一直做bg7muv的通联助手,大部分电台日记都是我整理记录的,他在05年的dx速度是每小时接近50个dx qso,09年的速度已经突破每小时80个qso,我今天查阅了一下logger32上的记录,一共2万多条记录,dx通联1万6千多条,dxcc140多个,你不妨上qrz.com 和 qrz.cn 看看总查询记录,1万8千多次,不知道你自己又是多少呢?

  下面是在某次野外“摆地摊”通联时候的dx记录,使用4米架设高度的log43同结构的天线,我节选了其中60分钟的通联记录,通信距离,你有兴趣就逐个去计算吧:

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1552 9a3mn 14.255 59 59 ssb
1553 in3bfw 14.255 59 59 ssb
1554 sn8sg 14.255 57 59 ssb
1555 w1yy 14.255 59 59 ssb
1556 k6yra 14.255 59 59 ssb
1558 ok1aku 14.255 59 59 ssb
1559 iz3bur 14.255 55 59 ssb
1600 sp8ajk 14.255 59 59 ssb
1601 us7mm 14.255 59 59 ssb
1602 oe3wqq 14.255 59 59 ssb
1603 rw4cy 14.255 59 59 ssb
1604 f6ckh 14.255 59 59 ssb
1606 dl1azz 14.255 59 59 ssb
1607 w4pu 14.255 59 59 ssb
1608 dl6ip 14.255 59 59 ssb
1609 oz5ev 14.255 59 59 ssb
1610 db8ni 14.255 59 59 ssb
1610 sm0exp 14.255 59 59 ssb
1612 mm0dxh 14.255 59 59 ssb
1614 rz3dc 14.255 59 59 ssb
1616 i0khy 14.255 59 59 ssb
1616 s52bb 14.255 59 59 ssb
1618 li1bna 14.255 59 59 ssb
1618 ru3fi 14.255 59 59 ssb
1619 sm4ata 14.255 59 59 ssb
1621 ua4pnt 14.255 59 59 ssb
1622 rx9fx 14.255 59 59 ssb
1623 ja1csl 14.255 55 59 ssb
1625 iv3fub 14.255 59 59 ssb
1626 dl5fu 14.255 59 57 ssb
1628 i7dfw 14.255 59 59 ssb
1629 dk4oww 14.255 59 59 ssb
1630 ea5cwr 14.255 57 59 ssb
1632 la4uoa 14.255 59 58 ssb
1633 sp6ieq 14.255 59 59 ssb
1635 ea4yt 14.255 59 59 ssb
1636 ik7bpv 14.255 59 59 ssb
1637 ik7nyd 14.255 59 59 ssb
1639 yu7gl 14.255 59 57 ssb
1640 dk2pr 14.255 59 59 ssb
1641 yu1oj 14.255 59 59 ssb
1646 f6bat 14.255 57 59 ssb
1648 dj3an 14.255 59 59 ssb
1652 m0bzh 14.255 59 57 ssb
1653 ra0sdw 14.255 59 59 ssb
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下面使用log33-m天线在今年某个比赛日的“检破烂”通联记录,我节选了20几条ssb记录:
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19007 w6wb 14.252 59 59 ssb
19008 zl7t 14.255 59 59 ssb
19009 w4rk 14.271 59 59 ssb
19010 py5qw 14.263 58 59 ssb
19011 ds5fne 14.253 59 59 ssb
19012 pt2cm 14.250 59 59 ssb
19013 ra9yn 14.282 59 59 ssb
19014 vk6anc 14.294 59 59 ssb
19015 wa7nb 14.264 59 59 ssb
19016 n6bv 14.258 59 59 ssb
19017 7k4xnn 14.257 57 59 ssb
19018 nk7u 14.272 59 59 ssb
19019 v63ar 14.263 59 59 ssb
19020 ti8m 14.295 59 59 ssb
19021 k7zsd 14.260 59 59 ssb
19022 kh7x 14.259 59 59 ssb
19023 du1bp 14.292 59 59 ssb
19024 oh8x 14.270 59 59 ssb

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  现在我们的活动任务是培养深圳新生的dx爱好者、培养天线人才,最近活动的dx呼叫,都是muv在旁边指导,让新人进行dx通联,大部分活动的费用都是muv自己承担,每次活动都吸引上十、几十深圳(香港)火腿参与,天线所有数据都是对所有参加活动的火腿开放的,请问你做到了吗?

  关于我们天线好与坏问题,或许你的水平超高,和你没有可探讨之处。
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excellent ! 学习学习 .
离线BG2SEF
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只看该作者 57楼 发表于: 2011-08-03
已收藏,慢慢学习。谢谢