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想用同轴电缆屏蔽层作为天线振子,请教缩短率问题 [复制链接]

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离线peanut
 
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201
只看楼主 倒序阅读 0楼 发表于: 2006-03-03
想做一条2米j型天线,没有铜管了,手里有的铜线只有1.25mm的直径,觉得频宽可能会有问题。家附近没有卖铜管的地方,手里正好还剩下4、5米50-3的馈线,就想用馈线的屏蔽层做j型天线的振子。
看过一些用同轴电缆做天线的资料,都采用了大约0.7左右的缩短率。但我认为那类天线的芯线都参与了天线发射或电波的传送,因此有缩短率的问题。
现想请教各位大侠,如果与芯线无关,仅使用屏蔽外层,同轴中间层的介电特性会影响天线振子的缩短率吗?按说甚高频电流趋肤效应明显,不应受内部物质的介电特性影响。
如果有人研究过,请不吝赐教。
离线peanut
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201
只看该作者 1楼 发表于: 2006-03-06
看来是没人知道............
离线bg9hu
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2062
只看该作者 2楼 发表于: 2006-03-06
好像0.64左右吧,自己可以量一下的.
离线BG1KGM
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351
只看该作者 3楼 发表于: 2006-03-06
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想做一条2米j型天线,没有铜管了,手里有的铜线只有1.25mm的直径,觉得频宽可能会有问题。家附近没有卖铜管的地方,手里正好还剩下4、5米50-3的馈线,就想用馈线的屏蔽层做j型天线的振子。
看过一些用同轴电缆做天线的资料,都采用了大约0.7左右的缩短率。但我认为那类天线的芯线都参与了天线发射或电波的传送,因此有缩短率的问题。
现想请教各位大侠,如果与芯线无关,仅使用屏蔽外层,同轴中间层的介电特性会影响天线振子的缩短率吗?按说甚高频电流趋肤效应明显,不应受内部物质的介电特性影响。
如果有人研究过,请不吝赐教。
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没错! 同轴线传输信号的时候,能量在内外导体间的介质中传递,波速要比空气中慢。同轴线的填充绝缘介质越是介电常数越大的绝缘材料会导致同轴线有较大的缩短系数。
只用外导体,由于趋附效应,内部介质和内导体都没有什么作用,缩短系数跟金属管子差不多。
值得注意的是,一般同轴线外导体的电阻率比较高,而且极容易受潮,做振子的时候要注意防潮。
离线peanut
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201
只看该作者 4楼 发表于: 2006-03-07
昨晚自己试验了一下。
剪了三段50-3的电缆,一段按95%缩短率计算,一段按80%缩短率计算,一段按70%缩短率计算。按照1/4gp天线计算长度。
将剪断的电缆剥开10mm的外皮露出屏蔽层。
用一个m16的接头中间焊一根同轴芯线,在m头尾端盘成密螺旋(加了塑料皮与m头外层隔离绝缘),然后把露着屏蔽层的电缆段插在螺旋中以保持接触良好。
把m头拧在一个吸盘上,吸盘放在倒扣的搪瓷脸盆上。
我没有驻波表,用一个自制的场强表测量。用了一个健伍308手台发射。选择439的一个频点和435的一个频点做对比。
测量的结果是:

70%缩短率的场强最大,高低两个频点的场强有差异,低频场强略高,但差异不明显。
80%缩短率的场强低于70%缩短率的,但差异不很很大。两个频点间的差异也不很大。
95%缩短率的场强最小,差距较大,低频端的场强明显大于高频端。

测量不是很准确的,因为电缆一直盘着有弯曲,插来插去的,弯曲方向一定会有影响,虽然我在测量时尽量保持几条电缆一致。

从大方向上看,用同轴电缆外屏蔽层做天线振子还是有缩短率问题的。可能对于金属管状导体,内有介电物质,甚至还有一条金属芯线,会产生寄生的电干扰,造成波长缩短。我记得看过一些资料,其中说在射频条件下,印制电路板的基板材质介电特性都会影响电路板线路的速度系数。
希望有研究的朋友予以探讨。
离线BG1KGM
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351
只看该作者 5楼 发表于: 2006-03-09
通过增益判断电长度,匹配,环境,效率等因素导致可行性差。
1/4 gp 的z=36.5 +21j,
呈感性。一般如果没有做匹配,会将阵子缩短,以消除感性。自然匹配。


电缆的电长度测量,用电缆做成平行线。一头短路。
详细的可以参见下文电缆电长度测量一节。
http://gzdzw.51.net/newpage17.htm
离线HK大飛
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336
只看该作者 6楼 发表于: 2006-03-10
如果同軸線是用作饋線,電功率是在饋線蕊線與網線之間的電介質中傳遞。因為電波在這電介質中的傳遞速度比在真空中慢,所以在饋線內的波長要乘以一個縮短系數1/sqrt(er)。例如一般50歐同軸線中間用的電介質(polyethyene)常數(er)大約是2 到2.3左右,所以縮短系數大約是0.63 至0.66。

至於用同軸線的網線做振子,那完全是另一回事。我的理解是這樣的:振子上的電流引發的電場,是存在於振子外部的空間。振子內部的蕊線和電介質對振子諧振所需的長度没有影響。振子諧振的實際長度取決於振子上的電流分佈。慣用的假設是電流呈正弦分佈,所以一般用1/4或1/2波長。準確一點的,就要如bg1kgm 說,縮短幾個佰分點以消除電感性。要從理論直接計算要縮短多少比較困難。如振子幼至5e-5波長,用induced emf公式計出的
dp諧振長度約0.486波長。再粗的振子就要用 moment method 計算。自已計很複雜,用天線軟件如eznec等模擬一下就方便得多了。
离线peanut
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201
只看该作者 7楼 发表于: 2006-03-10
现在看来,用同轴电缆屏蔽网做天线振子的朋友似乎还没有,因此基本是理论上的探讨。
只能先将天线做出来,然后用驻波法或场强法,找出中心频点,才能说清这种同轴屏蔽网振子天线是否有较大缩短率了。
如果按照导体外径与频率比的计算表查缩短率,50-3电缆屏蔽层直径在3mm左右,在145mhz下,折合振子的电缩短率应该在0.96~0.97左右。
先做出来再说吧,呵呵。
如果有人用电缆屏蔽层当振子做过j型(折合方式)天线,请提供一下经验。毕竟同轴电缆比铜管好买到,价格也低。
谢谢各位前辈的指点。
离线bg9hu
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2062
只看该作者 8楼 发表于: 2006-03-10
以前作过的,0.64左右!
离线bg7yd
发帖
41
只看该作者 9楼 发表于: 2006-03-12
用屏蔽网做天线振子,如果不剥皮,塑料皮对縮短系數是有影响的.曾经试验过,用塑料皮套在1/4振子上,可以降低其谐振频率.
离线BG1KGM
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351
只看该作者 10楼 发表于: 2006-03-13
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用屏蔽网做天线振子,如果不剥皮,塑料皮对縮短系數是有影响的.曾经试验过,用塑料皮套在1/4振子上,可以降低其谐振频率.
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实践出真知!!

楼主以场强决最大来决定振子的长度,缩短系数知不知道都无妨。
离线BH1GEI
发帖
37
只看该作者 11楼 发表于: 2008-11-23
实践是检验真理的唯一标准~~~
前不久做了个单波段倒v,振子用的是75欧姆l-4cfb(日本canare)的屏蔽铜网,里面还有一层铝箔和芯线都悬空,结果计算的2.4米左右的单边振子长度,修剪到1.2米左右才谐振(而且是很好的谐振,驻波约1.02),缩短系数约为50%.不知道发射效率会不会受影响。
上网时无意中搜到了这个两年前的帖子,解除了不少疑惑啊!!

准备进一步测试:
仍旧使用跟上次一样的75欧姆同轴电缆,但只用芯线,同时去掉绝缘外皮,去掉屏蔽铜网和铝箔,只留下芯线和外面的发泡pe的绝缘层,看看这回的缩短系数是多少~
离线bd2bh
发帖
2522
只看该作者 12楼 发表于: 2008-11-24
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看来是没人知道............
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50 ohm电缆大约.66-67的缩短率(聚乙烯介质,藕心、发泡的还有所不同);短波没有什么大的问题,但是在uv段使用同轴电缆振子的缩短系数做天线,还跟其直径关系影响,不能简单考虑。

段波段使用,理论上计算天线的长度之后,最好能短1米左右,这一米需要用导线来补充,调整的时候是调整增补导线的长短,因为同轴电缆修剪起来需要焊接,很麻烦的;

同时,同轴点连属于连续、或者线形加感,效率要比其他加感形式的好些,但是天线缩短了自然效率也就降低了许多。例如20米波段,每臂只需要3.3m长;
(需要注意的是,同轴电缆不是一般意义上的导线,那端需要短接,那端需要开路,串联进去之后,馈线的方向都必须要考虑,否则谐振频率都回出入很大!!)

同轴电缆作天线振子,如果不用其缩短率(用其外导体屏蔽层),那么效果肯定比一般的直径1.5-2.5mm的导线好,因为它比较粗。目前应用比较少的原因是同轴电缆比较中,机械强度不够,同时其价格远远高于同直径的导线;

uv段我就看不出什么必要用同轴电缆的缩短率的效应来做天线了,因为本身体积就很小了。
如果真的是因为缺少制作u/v的材料,我觉得用1/2"馈管吧,成型也比较好;没有的话就用屏电缆蔽层来制作吧,省得既需要计算同轴电缆自身缩短率,又要考虑振子直径的缩短率等等因素,而且强度高;需要注意的是:当增加了强度比较高的绝缘材料时,高频损耗也会急剧增加,分布电容等影响也不可忽视;往往帮上绝缘体作为支撑后,谐振频率也跟着跑掉了。

最后的优化办法是------用钢丝(短波)、用镀锌铁管做uv天线吧。(如果不考虑效率的话,‘不知道什么原因’,好多人都愿意这么作,起码需要考虑的不可测因素较少,成功率较高。这也算一种折中的办法了
离线BG3RZA
发帖
2013
只看该作者 13楼 发表于: 2008-12-17
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50 ohm电缆大约.66-67的缩短率(聚乙烯介质,藕心、发泡的还有所不同);短波没有什么大的问题,但是在uv段使用同轴电缆振子的缩短系数做天线,还跟其直径关系影响,不能简单考虑。
段波段使用,理论上计算天线的长度之后,最好能短1米左右,这一米需要用导线来补充,调整的时候是调整增补导线的长短,因为同轴电缆修剪起来需要焊接,很麻烦的;
同时,同轴点连属于连续、或者线形加感,效率要比其他加感形式的好些,但是天线缩短了自然效率也就降低了许多。例如20米波段,每臂只需要3.3m长;
(需要注意的是,同轴电缆不是一般意义上的导线,那端需要短接,那端需要开路,串联进去之后,馈线的方向都必须要考虑,否则谐振频率都回出入很大!!)
同轴电缆作天线振子,如果不用其缩短率(用其外导体屏蔽层),那么效果肯定比一般的直径1.5-2.5mm的导线好,因为它比较粗。目前应用比较少的原因是同轴电缆比较中,机械强度不够,同时其价格远远高于同直径的导线;
uv段我就看不出什么必要用同轴电缆的缩短率的效应来做天线了,因为本身体积就很小了。
如果真的是因为缺少制作u/v的材料,我觉得用1/2"馈管吧,成型也比较好;没有的话就用屏电缆蔽层来制作吧,省得既需要计算同轴电缆自身缩短率,又要考虑振子直径的缩短率等等因素,而且强度高;需要注意的是:当增加了强度比较高的绝缘材料时,高频损耗也会急剧增加,分布电容等影响也不可忽视;往往帮上绝缘体作为支撑后,谐振频率也跟着跑掉了。
最后的优化办法是------用钢丝(短波)、用镀锌铁管做uv天线吧。(如果不考虑效率的话,‘不知道什么原因’,好多人都愿意这么作,起码需要考虑的不可测因素较少,成功率较高。这也算一种折中的办法了 [表情] [表情] [表情] )
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看了您的回复我很受启发,这几天我正为160米的天线发愁呢,如果我用馈线的屏蔽层做振子,则300/4/1.9*0.66=26米多,呵呵,我家房顶刚刚好可以拉开。
非常感谢,等到春暖花开的时候一定去试试。
离线bg3ntq
发帖
438
只看该作者 14楼 发表于: 2008-12-17
天线振子缩短系数图表
缩短系数与1/2波长和振子直径的比值有相关性,如果应用同轴电缆的屏蔽层应该符合这个图表。缩短程度会有一些,应该不会缩短太多。
出现像0.67这样的缩短系数,与经典理论相差很多,应该有其他方面的原因,因为毕竟这个图表的实验条件是性质单一的纯导体,而同轴电缆本身的实验条件和这个图表所依据的条件有所不同。
(本图表引自arrl手册第19版)
离线BG5EBH
发帖
341
只看该作者 15楼 发表于: 2008-12-17
我用75-5同轴电缆拉过倒v,缩短系数在0.9*.
离线BG3RZA
发帖
2013
只看该作者 16楼 发表于: 2008-12-18
看来是能缩短一些,但是缩短不了多少。
离线bd2bh
发帖
2522
只看该作者 17楼 发表于: 2008-12-19
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看来是能缩短一些,但是缩短不了多少。
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用同轴电缆线间电容作短波天线的限波器,利用同轴电缆的缩短系数做短波天线的振子,的确可行,uv则不如想象的那么简单,容易,要考虑的问题太多,成功地几率为“零”。uv尺寸都很小,随便弄个直径3毫米以上铜管、铝管、铜丝都可以做,1/4,1/2,j型,moxon等方式都不错,强度也无大碍。

同轴电缆一般的缩短系数.66。发泡、藕心等低损耗的电缆其vf要大些,但是总感觉选用这种材料作天线的振子,实数浪费。应用于短波天线,考虑到其机械强度等问题,一般做成倒v,如果你的方法正确,天线的成功率没有任何问题。关键的是需要注意,天线(电缆)那端需要开路,那端需要短路,电缆如何连接,调整线用多长等细节。

下面有一个小程序,看看人人都会做的。
附件: coaxdpl.rar (0 K) 下载次数:99
离线王麒默
发帖
42
只看该作者 18楼 发表于: 2009-03-10
留个记号,收藏备用
离线sunstar
发帖
1541
只看该作者 19楼 发表于: 2009-03-16
应该与内芯是无关的,但因为直径不为0,及外导体上还有绝缘皮,这个绝缘皮的介电常数也不为1,因此是有缩短系数的,估计在0.9x左右,但外面的绝缘皮的损耗应该比内芯的大,这样使用并不合理.