常识告诉我们当GP天线振子长度小于波长的1/4时阻抗会迅速下降所以缩短GP天线需要通过加电感和电容的方式将阻抗匹配到50Ω。
首先我们需要知道的是阻抗概念并不是单纯的电阻R而是特性阻抗ΩZ。特性阻抗ΩZ由实部R和虚部J组成。实部R为介质的纯电阻,虚部J为介质的感抗XL和容抗XC。即特性阻抗ΩZ=R+XL+XC。
所以我们可以通过往缩短GP天线上加电感和电容增加感抗和容抗让天线阻抗达到所需的50Ω。
天线上的电流大小直接决定天线辐射效率,简单来说就是电流越大发射出去的功率就越大。
需要注意的是天线并不是只要加上电感和电容之后就能达到最大辐射效率。无论是加感还是加容都只能让电感和电容前端的电流增大,所以加感和加容的位置选择就变得非常重要。无论是电感还是电容都是加得越靠上越好,电感和电容越靠上就能让越长的天线导体电流增大从而尽可能高的提升天线辐射效率。但电感加的越靠上所需的感量越大电感的体积也越大就会让天线变得头重脚轻结构不稳定,所以通常会把电感加在振子长度2/3的位置,并在天线顶端增加几根横向的振子起到等效电容的作用增加电感后端振子的电流。
缩短GP天线加电感和电容位置效率排序:
2/3处加电感并在顶部加电容帽(最优解)
2/3处加电感(优秀)
底部加电感(凑合)
接下来说说缩短GP天线加电感和电容的缺点。加电感和电容虽然能把天线阻抗匹配到50Ω,但同时也会导致天线带宽和耐受功率变小。电感线圈直径越小带宽越小。并且加感线圈的发热非常大对天线耐受功率有负面影响。顶部电容帽也会让天线顶端重量和风阻变大。想获得高带宽和高耐受功率就需要往天线上加尺寸非常夸张的电感和电容帽,进一步让天线变得头重脚轻。
那么有没有不需要加电感电容或者可以少加电感电容的缩短GP天线设计呢?答案毫无疑问是有的。
可以使用50Ω转12.5Ω的4:1 Unun进行匹配,只需要让缩短GP天线馈端的阻抗达到12.5Ω即可直接使用。因为无需加电感和电容可以直接让整个振子的电流最大化从而达到最大辐射效率。即使振子依然需要加电感和电容匹配也只需要加非常小容量的电感和电容对天线结构稳定性和带宽耐受功率的影响也相对小的多。
50Ω转12.5Ω 4:1 Unun绕法:
这个50Ω转12.5Ω 4:1 Unun使用的同轴传输线变压器设计,匝数少效率高只需要一个FT150规格的磁环就能承受750W SSB功率。不会像1:49 Unun那样一个FT290规格的大尺寸磁环也只能承受不到500W SSB功率。
除了50Ω转12.5Ω的4:1 Unun还可以使用更大转换比的9:1 50Ω转5.55Ω,16:1 50Ω转3.125Ω,36:1 50Ω转1.38Ω Unun以匹配更短的振子。
可以在这个网站上快捷计算振子长度对应的馈端阻抗:
https://www.everythingrf.com/rf-calculators/whip-antenna-calculator[ 此帖被白水泽在2022-01-18 05:23重新编辑 ]