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BA5CW设计天线的历程 [复制链接]

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离线BA5CW
 
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5021
只看楼主 倒序阅读 0楼 发表于: 2020-04-27
最近一直在为重建上路湾设计天线,过程当中有很多思考,以前也有很多人来问我天线数据,我觉得有必要和大家一起分享一下因地制宜架设天线的思想方法。也有利用自己不断整理思路。帖子可能很长,容我慢慢写。

设计天线中主要使用了两个软件,一个是MMANA,一个是ARRL天线手册里的HFTA。最早开始用这些软件是2006年左右,用于分析个人天线的使用,我自己一直是用简单天线的,无非是鱼竿,长线,skyloop之类,这是最简单易行的一线打天下的方案,但是一条电线用于全波段,总会有各种问题,为了明白问题所在,我开始用软件分析这些天线的方向、仰角等问题,通过软件我搞清楚了很多以前的困惑,当然搞清楚了并不等于就解决了问题,只是我知道了这些电线的优劣,懂得了通联或比赛时的扬长避短。

初期也做了一些简单的八木天线的分析,当时国内自制天线的大咖以BA4ED为主,我说实话,我有时候很怀疑那些天线的结果,因为某次B5HQ比赛我用了4ed配给我的一个15米八木,我决定用软件计算一下,结果发现我的数据和原始数据相差很大,但那时候的技术很粗略,我不能确定是谁有问题。用此方法我也为当时的B5A使用的天线做了一组设计,由于理解有限,那些天线都需要实际做调整才能使用,最终能不能达到设计效果,我也无法清楚。但至少知道了一点,以前大多数人买来八木天线,发现驻波不对,就简单调一下激励振子的长度,驻波比OK就万事大吉,这种想法是非常错误的,八木天线只要动了一根振子的长度,整个性能就不可控了。

天线设计的第二个阶段是在2009-2011年间,首先是为了准备当时BD4CB星火农场基地的天线,当时很着迷于线天线的设计,因为我知道我计算铝管天线不那么准确,对线天线计算把握比较大,为此给出了spiderbeam和40m moxon的原型设计,懂得了增益和前后比取舍的控制方法,天线的分析从单一频率的考虑问题,到整个波段的性能带宽,而不仅仅是驻波带宽的兼顾,天线的实际使用效果很明显好于以前用过的其他定向天线,让我确定了天线必须自己算这条道路。用这些方法后来用于BY5CD在鄞州中学校区的天线修正同样其了一些作用,当时鄞州中学买的是仿制CL系列和EF系列天线,初期安装的效果并不好,通过简单调驻波的方式我是无论如何接受不了的,所以逐个分析了天线数据,因为是铝管天线,我只能采取边计算边调整的方法,这使得BD5CHU为了调整天线上下了无数次,虽然经过两年的调整,基本达到效果,但这种用线天线修改平均线径的方式,造成了大量人力物力财力的浪费,我需要做深刻检讨,这里再次对BD5CHU表示歉意,由于水平所限,带来很多麻烦。令人欣慰的是,我们终于用上了效果有保证的天线,期间多次破纪录的成绩也给我们的工作带来肯定。

在上述这段时间里,由于开始使用堆叠,我学会了用HFTA分析地形和天线高度带来的效果,得到的进步就是明白了除增益、方向性、性能带宽等基本参数以外,我需要知道天线的辐射仰角控制,所谓控制意思是不能像以前那样,只知道增加高度降低仰角,而是需要根据不同通联对象,去覆盖一定的仰角,通过分析设计,是可以知道应该做成什么样的,这有点像我以前分析简单天线时,水平波瓣的无序分裂带来的不可控因素,这次上升到了垂直(仰角)的控制,即使有时控制不了,也知道了自己哪些地方是有问题的。

第三阶段就是2012-2013年,这时候BY5CD已经全面迁移到上路湾,上路湾的架设条件可不允许经常上下来调整天线,我正好在前几年的计算中,学会了用准确的铝管套接尺寸来准确计算天线,上路湾天线的架设证明了这点,算出来是什么尺寸,结果就是不需要调整的,因此上路湾总体来讲天线的使用效果非常好。同样,由于上路湾的条件限制,我们没有办法把天线架得很高,加深对地形因素的考虑来架设天线成为应重要内容之一,这对上路湾的实际使用其实并未产生重大改变,我只是清楚了,为什么有这样好的效果,那些不理想的地方又是因为什么引起的?上路湾一直到2016年中期的运行结果非常好,每次比赛的结果是最直接的证明。

第四阶段应该是现在还在进行的过程中,前面10多年积累的天线知识,需要有一次综合地、系统地、可控地应用,我不清楚这个阶段还会给自己带来哪些知识点的增加,但和以前不一样的应该是:改变以前闭门造车的模式,以前和别人的交流,更多地是输出,很少能吸收别人的经验教训,也不太关心我不用的那些天线的情况,尤其是最近为了简化上路湾天线的配置时,需要进入到多波段天线的真实设计,遇到了很多疑惑,所以准备开贴和大家一起交流。

1 楼 引子
18楼 10米波段的分析,仰角、堆叠、上下天线的几种设计
21楼 15米波段的分析,仰角、堆叠、上下天线的几种设计
27楼 20米波段的分析,仰角、堆叠、上下天线的几种设计
31楼 40米波段的分析,根据地形选择天线高度,1-2-3单元的差别,地形仰角分析、8 circle接收天线,主力天线的几种设计方案
35楼 80米波段的分析,重点在DP和GP发射的取舍,接收天线同40m的类型
37楼 160米波段的分析,发射天线分析和选型,常见接收天线的介绍

预告:辅助天线, 兼谈多波段天线
[ 此帖被BA5CW在2020-05-15 23:42重新编辑 ]
离线BA5CW
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5021
只看该作者 1楼 发表于: 2020-04-27
这个帖子的初步打算是,以重建上路湾为例,以单波段八木天线为基础,逐个波段分析天线的设计情况,以及架设效果的考虑,在低波段天线的设计时,会引入系统的思考,考虑发射和接收的配合,考虑竞赛策略的需要,达到需要的结果,低波段的发射天线相对简单,有2--单元40m,80m的sloper和dipole的对比,160m的倒L天线以及不同垂直高度的阻抗变化,接收天线上重点介绍方向性非常优秀的8 circle。最后分析三波段,双波段和单波段天线的差别,也对比优秀成品多波段天线的性能,再然后给出自己的设计结果,确定inband辅助天线的方案。


这里给出了一个两周前的设计,一直以来,我都按照单波段的要求来设计多波段天线,所以一直认为是“失败”的,但是这几天我查阅了一些别人设计的结果,我发现我的设计也许还行,这里的重大差别在于对匹配和馈电的理解,上述方案中我使用了用同轴电缆做电容匹配,顺便又做了馈电的思想,不知道这是不是个创新
[ 此帖被BA5CW在2020-04-28 15:51重新编辑 ]
离线bh4bht
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70
只看该作者 2楼 发表于: 2020-04-27
请教上路湾天线什么样的
离线BG5EHX
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4679
只看该作者 3楼 发表于: 2020-04-27
HFTA,,,,本本请带上,当面考问
呼号:BG5EHX 
姓名:陈伟军  
地址:浙江省海盐县中国银行  314300
E-mail:jxhykj@163.com   手机:13906830774
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八木天线淘宝上架,一共八种,EHX系列八木说明书移步 https://www.hellocq.net/forum/read.php?tid=367670
离线bg3xx
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2753
只看该作者 4楼 发表于: 2020-04-27
太高深的看不懂,有没有倒V天线的具体施工要点攻略?
离线BA5CW
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5021
只看该作者 5楼 发表于: 2020-04-27
回 bh4bht 的帖子
bh4bht:
请教上路湾天线什么样的

你是说原来的天线吗?

离线BA5CW
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5021
只看该作者 6楼 发表于: 2020-04-27
新的天线计划
离线BD7IS
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9845
只看该作者 7楼 发表于: 2020-04-27
坐等总结来参考

内容来自Android手机客户端

离线BG5LU
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9310
只看该作者 8楼 发表于: 2020-04-27
小板凳、记事本、笔、茶杯都拿好了,手机也静音了,排队学习
QTH:QRZ.CN                                                  
QQ:米发咪咪瑞瑞发多
EMAIL:BG5LU.CN#gmail.com(#=@)
离线zly
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10003
只看该作者 9楼 发表于: 2020-04-27
搬板凳听课。
离线BA5DX
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3797
只看该作者 10楼 发表于: 2020-04-27
这可是大工程
离线BG6SNJ
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504
只看该作者 11楼 发表于: 2020-04-27
膜拜大神
QTH: 宜昌
Mail: bg6snj@qsl.net
LOG: http://log.bg6snj.cn/
QQ: 241201343
VX: bg6snj
离线bg2kaj
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1226
只看该作者 12楼 发表于: 2020-04-28
楼主的qsl.net文章,我翻来覆去看了不下百遍也有几十遍,可以说在从小打小闹到走火入魔的道路上,楼主一直在前面领着我……
=BG2KAJ C类 KG2KAJ Amateur Extra JJ1RRS 二アマ=
=  业  余  无  线  电  考  操  作  证  爱  好  者  =

WAPC&WAJA达成了!奔向JCC和JA FM DX……
我写过的关于业余无线电的文章汇总:bg2kaj.cn
离线bh4bht
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70
只看该作者 13楼 发表于: 2020-04-28
回 BA5CW 的帖子
BA5CW:你是说原来的天线吗?
[图片]
[图片] (2020-04-27 13:59) 

大工程 这是天线阵列,可以搞相控了
离线bg4rua
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116
只看该作者 14楼 发表于: 2020-04-28
    
BI4VXX/集体台呼号BI4WRI(BG4RUA是预指配呼号,已经不用了) 邮件联系:hhccc@139.com
离线永远的FM
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11434
只看该作者 15楼 发表于: 2020-04-28
大神又要出山了。
咨询一个问题:两幅八木,增益参数一致,前后比分别为18和25DB(平均值),在同一个环境实际使用时候,前后比的差异会对通联和比赛效果带来多大影响?
BH7JUO 邱工 广东 珠海
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离线BA5CW
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5021
只看该作者 16楼 发表于: 2020-04-28
回 永远的FM 的帖子
永远的FM:大神又要出山了。
咨询一个问题:两幅八木,增益参数一致,前后比分别为18和25DB(平均值),在同一个环境实际使用时候,前后比的差异会对通联和比赛效果带来多大影响? (2020-04-28 08:33) 

不同需要时考虑不一样,我以前也非常注重前后比,但是当我经常对比设计的时候,尤其是在做接收天线考虑时,发现有时候需求是不一样的,通常在相同尺寸的天线设计中,前后比好的,前向辐射波瓣会宽一点,如果噪声来自后面,那需要前后比高,如果噪声来自前面,那需要波瓣窄的设计,这个问题我本来后面会谈到的,因为我在考虑上路湾噪声特点的时候,有同样的困惑,现在提前回答你了。
离线bg4wen
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1432
只看该作者 17楼 发表于: 2020-04-28
向大神学习!
呼号:BD4WN 杨  斌
邮编:210019
email:bg4wen@139.com
QQ:195427695
电话:13585207910
地址:QRZ.COM
离线BA5CW
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5021
只看该作者 18楼 发表于: 2020-04-28
先从相对容易分析的高波段开始,10m和15m对大多数人来讲是相对容易处理的波段,波段噪声也比较小,所以可以采用前后比相对好的天线,当然由于天线尺寸小,加长主梁做大增益也是有好处的,原因是在低噪声下,可以听到很多弱小的信号,高增益有助于抄收弱信号。上路湾的高波段天线不需要改变太多,重点处理的是高波段容易越距的问题,尤其是比赛中日本台对QSO数量贡献不小,以往的比赛中发现高波段会有很长时间的越距,相比我国的南方,我们有明显劣势。下面的分析基本和以前写过的差不多https://www.qsl.net/ba4alc/chinese/shangluwan/shangluwan2.htm ,稍微增加点想象内容:
10m欧洲方向各仰角增益

最下面紫色的柱状图是欧洲方向不同仰角下的QSO概率统计,没有考虑该方向下中亚和西亚的QSO,通联需要的仰角全部低于20°,6/7/8°的密度更高,1/2/3°也是需要重视的。
蓝色的线是在上路湾对欧洲方向地形下的计算结果,天线是5单元12m高架设,很好地覆盖了从2-13°的区域,大约有15dbi的增益,1°和13°以上也能有9dbi的增益,可以接受,更高的仰角(更近)反而变差了,但这些仰角的QSO概率也低,所以损失不大。单根主力天线就能满足要求。

作为对比,如果天线是在平原平地架设,要保证低仰角和上路湾持平,天线需要60m高架设,而且5°、11°、16°的仰角凹陷需要用堆叠去补足。
更现实的对比是平原上如果也架设12米高,那么10°以下的仰角都要明显比上路湾差,尤其是1-2°的增益,要差10多个dbi,除了高度,无论什么天线都是补足不了的。所以西欧的通联会比上路湾难不少。
10m北美方向各仰角增益


北美方向的通联集中在14°以下,尤其是2-9°的范围,1°也不少,上路湾在此范围内,12m高的5单元天线增益13-19dbi,7°和12°以上的时候有凹陷和下降,但也能保证10dbi,可以接受使用单根天线。
作为对比平原80米高架设的5单元八木才能达到类似的低仰角效果,而且需要多天线堆叠用以覆盖凹陷,而平地12米高架设差距就很大,无法和上路湾相比,完成一部分美加通联还行,加勒比海的就比较困难了。要保证中等效果建议不要低于20米(如果没什么遮挡,可以把屋顶高度算上,小高层能有50米左右,高层可以有100米,但这时候仰角周期性的凹陷很难弥补)

10mJA方向各仰角增益

我们粗略地认为JA方向和NA方向大致重叠,所以都采用了上路湾30°方向的地形作为计算,这张图和上面的北美方向基本是一致的,只是显示的内容做了改变,首先是通联概率上日本台大致在10-24°范围内,以15-18°为主,第二,观察蓝色曲线,也就是前面讲的12m高的5单元八木,对欧洲北美都不错,但到了日本主要方向时增益急剧降低,甚至凹陷到0dbi,仅用这个12m高的天线是一定有问题的,这也是我们以前操作中能体会到的教训,所以增加一副5米高架设的天线是必须的,图中的绿色曲线就是低架的5单元八木,在覆盖JA区域时,基本是平的,13-14dbi的效果,完全足够,而当我们主力天线对欧洲使用,临时切换低天线做北美时,也可以有10多dbi的增益,满足快速切换的需要,而当高低天线同向堆叠时,北美方向可以增加1-3db,日本方向也有8-13dbi的增益,可以同时使用。第三,红色的曲线是对比用的平原12m高的5单元八木对日本的主要部分覆盖良好,更高的仰角时急剧下降,如果有低天线使用的话,也会有用,但总体效果不如上路湾单付低天线。

下面给出可选的一些天线设计方案,包括了方向图、增益、前后比、振子排列等数据,供大家参考,后面的帖子里除非特别说明,主天线都是12米高架设并可以旋转,而堆叠的高度都是5米,固定JA方向,指向东北。

10m 主力天线的选择,准备了两个方案,采用原有7.2m五单元的材料,一个是原有设计,一个是不用发夹匹配的折衷设计

上图是上路湾原有设计改进,用CL10的ham可以直接参考

上图是同样7.2m主梁,但用了OWA设计,避免了发夹匹配,对比前面的设计,性能取舍上偏向于SSB应用,当然CW也不差,所以上路湾有可能采用此设计做更新。

10m 堆叠针对JA方向的天线选择,1) 直接拷贝主力天线

2)如上图,5.6米主梁4单元设计,对JA不需要太强,波瓣宽一点可以减少旋转的几率,由于没有用额外匹配,驻波偏CW,SSB端也小于1.5
[ 此帖被BA5CW在2020-04-28 15:31重新编辑 ]
离线BG8DIV
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只看该作者 19楼 发表于: 2020-04-28
置顶帖 饕餮帖 快充电
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