从国外网站上找到一片关于8jk天线的文章(源地址http://www.robkalmeijer.nl/techniek/electronica/radiotechniek/hambladen/radcom/1990/09/page31c/index.html),翻译如下,译的不好,仅供参考。虽为译作,如有转载请注明译作者和出处。
8jk天线重新审视和新型BRD-ZAPPER天线
业余无线电旋转波束天线设计的重大突破源自约翰克劳斯教授(w8jk)在1937年的发现。无论是他在密距“flat-top”双向驱动阵列(经常用作固定波束天线)的成果,还是紧随其后的Walter Van Roberts,W3CHO在两单元密距寄生阵列八木宇田天线方面的成果,都是建立在对George Brown (RCA)关于中波广播垂直单极天线阵列方面研究的重要意义的理解之上。在那之前,人们总是假定八木天线寄生反射阵子应该在驱动阵子后1/4波长位置,这样,至少在14M所需的主梁长度实际上已经超出了“flat-top”阵列,尽管当时有些爱好者基于间距1/4波长的垂直单元建造了yagi旋转波束天线。
1939年9月1日,英国停止了业余无线电操作,8jk双向阵列天线家族以及密距yagi阵列天线的知识虽然跨过了大西洋(例如英国无线电爱好者协会的业余无线电手册1938第一版中的简短参考),但是依然知之者甚少。直到战后时期三单元八木阵列天线才开始在世界范围应用。由于它们单向的特性,八木天线较之8jk阵列开始并一直被广泛使用,尽管8jk有着一些重要的优势,比如仅用一对阵子就可实现多波段操作。如图1:
图1.8jk flat-lop天线
Fig 1. Basic single section WBJK flat-lop antennas.
1981年,克劳斯博士指出,中间馈电的典型间距s(最低频率的1/8波长)布放的8jk天线,在阵子长度L从不足λ/2到大于1.5λ时,可在连续频率3:1的范围使用。当L等于7.3m(中间间隙G计算在内)、S等于2.6米时,双向增益为:14MHz 5.7dbi; 21MHz 6.7dbi; 28MHz 7.7dbi; 50MHz 8.2dBi。18到24MHz之间的增益可以中间插值得到。该天线的端馈版本在恰当匹配的情况下也将有大致相近的结果。
在1981年8月的qst杂志,克劳斯博士重申,中间馈电设计应用于多波段时,就像7.3米长单元紧凑型单一阵列工作在14, 18, 21, 24. 28 and 50MHz,其真正的吸引力在于:
1.大于3:1的连续频率范围(使用恰当的匹配/调谐设备)
2.不需要traps和coils
3.不需要严格的尺寸要求,整个天线和馈电系统就可以谐振。
4.可以垂直或者水平架设,以便获得最优的辐射仰角。
5.
6.在阵子末端存在理论上的辐射零点。
7.可以通过低损耗,价廉的双线馈电(或者很低损耗的300欧姆开洞线或者明线)
8.紧凑型阵列可覆盖不在谐波关系范围内的多个波段。
这种天线的不足之处在于其双向辐射特性不能在天线指向美国北部时提供对欧洲信号的抑制;前向增益低于好的单波段yagi阵列;其较低的辐射电阻使其不适宜在钢结构的室内使用(单但实际上一些爱好者发现8jk做为室内固定阵列依然令人满意)。其端馈形式非常便于安装,比如,使用轻质木棒隔离在房顶空间或者室外通过桅杆树木支撑架设。
对于那些需要单向辐射的爱好者来说,将8jk天线变成这种模式是可能的,布朗博士的经典论文中做了论述。当两个驱动单元以同样的射频功率135度相位馈电时,便会产生心脏形的辐射模式,并在产生前向增益和后向的零点。利用这一原理,zl-special,HB9CV和G8P0天线产生了,如1981年8月TT中的介绍。
短波杂志1950年7月pp337-9中福瑞德贾德的文章介绍了zl-special天线的命名,他评论认为“天线资料涉及的作者来自新西兰(new zealand),因此被命名为zl-special。该天线起源的鲜为人知,使它在战前的美国没能用于商业目的。(这也可做为布朗博士在MP广播天线著作的粗略参考。)二战以来,该天线被W5LHI, WOGZR and ZL3MH改造并成熟用于业余无线电,作者进一步的实验和测量可能是源于其个人兴趣。”
G8P0 Special天线正如J E Ironmonger所描述(RSGB公告,1947年11月),G8P0在建造8jk天线时由于截取馈线长度出错,意外提供了一款可反向的单项辐射固定扇区天线。他使用的是两根不同长度的馈线,比如电台馈线连接不同的两个插孔,实现连接天线的馈线一根比另一根长1/8λ。
图2.G8P0可反向单向辐射14MHz阵列天线(1947年),天线辐射方向决定于电台连接的是S1还是S2。注意,为提供135度的驱动相位差,延迟线部分做了一次扭转。
同样的方法也被应用于鲁道夫HB9CV研发的天线,近年来这种天线成为144M具备单向辐射特点的流行天线。
现在Rod Newkirk, W9BRD做出了BRD ZAPPER天线,一款结合了相对较少使用的端馈8jk天线和135度异相馈电的天线。它已经做为室内21M固定扇区天线使用,用以将信号从芝加哥发射到欧洲,同时相比基本8jk端馈阵列可以减少来自西部各州的干扰。BRD zapper就是由8jk端馈阵列天线发展而来的。
图3.W9BRD的w8jk天线,21MHz gamma 馈电线波束天线,用来填充其占据的卧室空间。天线尺寸要求并不严格,但每根阵子总长需要在λ/2附近,使用λ/4或其奇数倍的stub匹配。相位调整点如前文所述要求非常严格。
不同于180度异相馈电,他们是135度异相馈电。这是通过在距离stub短路端λ/16处馈电使一支阵子的馈电路径比另一支阵子长或者短λ/8(45度)。这样,再通过stub的180度反转,产生了所需要的(180-45=135度)移相。W9BRD指出:你可以用连接在接收机上的同轴电缆的中间导体沿着stub的一边移动来“嗅探”已知来源信号,从而找到合适的馈电点。(自底端向上测量λ/16的位置开始寻找这个馈电点。)。通过选择双导线相对的边可以反转天线的方向性。
附加辐射可使波束变形,这些必须设法减少。耦合器件必须尽可能的建造得更加紧凑,并在stub上良好安装,同时必须和馈线隔离,以免扭曲波束。这种隔离W9BRD是采用30圈RG58天线馈线自制的同轴choke实现的,choke在匹配网络前面绕在铁氧体棒上做成(如图4b)。从匹配网络到天线的单线长度不超过1-2inch。这里,我借用了windom天线单线馈电的奇思妙想。任何choke上的电路都因rf而变得热门,而笨重的匹配网络却不会。阵子间距较大时系统Q值降低,但是1/8间距时增益最高。
图4.W9BRD's W8JK天线修改为单向波束的BRD Zapper。L由10匝16号导线,1.5inch直径的空心线圈组成。收音机上用的可变电容可承受100W功率,调节电感抽头,可获得最小驻波比。厄流圈采用30匝rg-58同轴电缆在铁氧体磁棒上绕制而成。
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