如果把水平DP垂直用效果如何? [复制链接]

好处:
1 发射仰角低,适合dx
2 发射效率高
3 全向都是跟水平dp最大方向的辐射接受强度相同
4 只需要1根支撑杆(长度大于半波长,用11米鱼竿即可工作于14兆),1个固定点,相对水平/倒v便于架设)
缺点:
1 近距离不一定好
2 噪音大,不过14兆以上噪音相对较小
问题:
1 馈线延下面振子引下来,是否会影响驻波?怎么避免?
2 因为整个振子距离地面较低(不足1米),地面是否会使发射仰角有所上升?会升多少?
3 水平dp阻抗正常应该为72~75欧吧?垂直是否也是72~75?匹配问题如何解决?
不知道有没有朋友这么用过?谈谈感受如何?

没人这么用过?谈谈哦?

sm 天线就是dp变形，用于2米和10米段，效果很好。

我的鱼竿天线就是dp天线垂直放置，效果不错。配ft-817,也能通很远。在wpx中，通到过p29、ru等远台。在6米，通到过vk4。

水平与垂直天线如何选择
天线的种类和选择
  天线的选择和设计是捉 dx 的诸多要件中，最重要也最煞费心机的主要事项。

  自有无线电以来，出现过各式各样的天线，不下数百种，如马可尼式、齐伯林式、水平式、垂直式、三角式、四方式等等。有人用旋转定向天线，而呼不到 dx；也有人用屋檐下的雨槽，甚至用旧床的弹簧垫，也能将电波发射出去。

  依目前业余界流行的天线来看，天线主要可分为‘水平式’与‘垂直式’二大类。

  本文针对其要点，首先依据各电波放射的特性，再依据电波在太空及地面反射的情况，将此二类用于短波波段 (即 10 ~ 160 公尺波段 )的天线，予以说明。如此分析，才能对症下药，以配合各个电台所需要的条件。

  超短波 (vhf/uhf) 波段，主要是件直线传播，性质不同，本文暂不讨论。




电波的发射角度
  首先来看看电波的发射角度。我们知道无线电波能发射到远处，主要是靠 "f" 电离层的反射。因此，电波发射的角度很重要 (平视远处地平线的角度为 0°，仰头垂直向上望的角度为 90°)。根据多年来科学家的研究和实验发现，若以一束 hf 的电波，以 90°的角度向上发射，"f" 层会将此束电波垂直反射回来至原先的发射地点，结果是原位不动。


图一：电波发射角度与 "f" 电离层第一次反射距离的关系。角度愈小，距离愈远。沿地面射出的角度为 0°。
  若将发射角度降至 50°经过 "f" 层第一次反射的电波，可达 300 ~ 650 公里之遥 (此距离是第一次反射的距离，以下均相同 )。再降至 30°，则可达 600 ~ 1200 公里处； 20°时可达 1000 ~ 1500 公里；10°时可达 1,700 ~ 2500 公里。

  再将发射角度降至 3°则第一次反射的距离可达 2,700 ~ 3500 公里 (见图一 )。

  因为地球在赤道的圆周是 40,075.51 公里，所以从地球的某一点至最远的一点，即有半个地球之遥 (如从台中至南美洲的阿根廷 )，约为二万公里。发射角度如为 10°时，电波要跳跃约十次；30°时约二十次；50°时，约四十次才能抵达目的地。
水平天线发射的电波是‘水平波’，垂直天线发射的是‘垂直波’。

  在 vhf/uhf 领域中，接收天线的极性也要和发射者相同，即水平发射天线要用水平接收天线；垂直者相同；否则会收听困难。但是在 hf 领域中 (10 ~ 160 公尺波段 )，则不用担心极性。电波经电离层、山川等多次反射后，其极性已乱成一团。所以在接收方面，不论用水平天线、垂直天线，或仅拖一条尾巴，甚至不用天线，也可以收到电讯。
水平天线的发射角度
  现在谈谈标准水平半波天线 (偶极天线 )的发射角度。

  图二 a 及 b 是天线架设离地高度 1/8 波长 (14mhz 为 2.5 公尺高 )，及 1/4 波长 (14mhz 为 5 公尺高 )的情况。

  由图可看出电波发射的角度范围是 30° ~ 90°。绝大部份的电能向天顶射去，形成浪费。只有一小部份电能在 30°处溜出，希望能射向远处。

  图二 c 是天线架设离地 1/2 波长高的情形 (14mhz 为 10 公尺高 )。角度自 15° ~ 45°主力在 30°，"f" 电离层第一次反射的路程达 300 ~ 1,800 公里，电波散布面积相当广阔。
降低水平天线发射角度的方法
  欲使水平架设的单线半波天线、或是定向的八木天线的发射角度降低，最有效方法是在原先的一根天线上方 (距离 1/4 波长 )，叠置另一根同样天线 (stacking)，并输以相同相位 (in phase) 的电能。这般的装置可将有用的波瓣发射角度降至 8° ~ 28°。

  如想要将角度再降低，可在此二根天线上方，离最高的一根 1/4 波长处，再加装一根，亦输以相同相位电能。三根重叠者，角度可降至 5° ~ 15°；再加一根，共四根时，角度可降至 3° ~ 12°。

  此种设计在 vhf/hf 天线中甚为普遍；在 hf 领域中虽不多见，但亦有不少有能力的火腿，在院子或牧场中，竖起 40 公尺高的铁塔，每隔 10 公尺挂上一根八木天线。

  有些设计是四根天线同时、同方向转动，而铁塔固定不动。有些则将天线固定在铁塔上，变换方向时，整座铁塔连天线一起转动。庞然巨物，声势浩大，羡煞仅用单根简单天线，如笔者般的火腿们。
垂直天线的发射角度
  话说回来，穷人也有穷福。另一降低发射角度，简单经济而有效的方法是，采用垂直天线，因为垂直天线具有低发射角度的天性。

  图四是四种不同长度的垂直天线发射角度。图四 a 是 1/4 波长天线发射角度，自 10° ~ 55°。图四 b 是 3/8 波长，角度是 8° ~ 40°。图四 c 是 1/2 波长，角度更降至 3° ~ 27°，虽在主瓣的上方出现一小波瓣，但无伤元气。
降低垂直天线发射角度的方法

图 a 是在 1/4 波长天线上方多加一节 1/2 波长，可将电波射角降至 3° ~ 20°，并可获得 3.2db 的增益。  

图 b 是二根 1/2 波长天线，射角再降至 3° ~ 15°，有 4.3db 增益。弧形虚线是电流分布状况，箭头表示电流方向。上下二根天线的电流，经相位变换后，成同一方向，相互加强，乃有增益。  
图五：重叠式垂直天线示意图
  前文说过，既然将水平架设的天线重叠起来，可以降低它的发射角度，同理，将垂直天线重叠，也可降低它的发射角度，但由于构造不同，重叠的方式也就不一样。

  垂直天线重叠的方式，是在原来的天线近天的一端，如接一条半个波长的导体 (线或管 )，并在二者之间，加装一只‘相位变换尾巴’ (phase reversing stub)，以求此二节的天线所发出的电波相位相同。

  在相位相同时，两者的电能相加；相位相反时，互相抵消。这样结构的天线，称之为‘同线重叠式’天线 (collinear 或 collinear stacking)，见图五 a。可将发射角度降低至 3° ~ 20°并有 3.2db 的增益 (gain)。

  这条天线总长度虽然是 1- 1/4 波长之长，但不能称为‘ 1- 1/4 波长天线’，因为其构造与作用和简单一条线截至 1-1/4 波长不同，为避免误解，不妨噜嗦些，称之为 "1/4 波长的垂直天线重叠上一段半波部份’。

  在学理上讲，要获得 3.2db 的增益，重叠式天线要有三个半波的天线相连才行。现在只有 1-1/4 波长的长度，而能有同样的增益，是因为垂直天线利用地面的反射，所以可将长度减半。

  更进一步说明，假如将天线竖立在一面镜子上，看起来天线的长度便增加一倍。在电波上来讲，地球便相当于一面镜子。

  同线重叠式的天线，可重叠再重叠。如在上述 1-1/4 波长的天线上方，再加接一根同相位的半波天线，其发射角度可再降至 3° ~ 15°，增益可有 4.3db，请见图五 b。

  话说回来，虽然重叠式的垂直天线很容易获得低发射角度，但在实际架设上，要竖立一根数十公尺高的金属管子和线，以用于 hf 被段，可不如想像中容易。再者，重叠天线每一段和相位变换的尾巴，都要谐振，调整起来，要花数倍功夫和耐心。如要用于多波段，更要特别设计。



综合起来，水平和垂直天线，各有千秋。比较起来，可列出以下的优缺点：

垂直天线容易获得较低的发射角度

  一根安装在地面上 1/4 波长的垂直天线，其主波的发射角度已是 30° (波瓣自 10 ° ~ 55° )，见图四 a。水平的单根半波天线要架设到离地面半个波长高 (14mhz 为 10 公尺 )，才能达到相同的角度，见图二 c。

垂直天线制造容易，安装简单

  即使要竖立 20 公尺高的垂直天线，也不需要拉索 (guy wire) 固定，而自立式的 (self-supporting) 金属管，也不是难事。

垂直天线占地面积不广

  虽然要用多条地线 (radials)，像树根一样向四方散开，但这些地线不需要拉直，可以沿地形、屋顶、墙壁，弯曲上下，也不一定要向四方平均散开，即使所有的地线都倾向一个方向，也不太影响效率。

  最近市上发展出多种半波垂直天线 (vertical dipole)，无需用树根式的地线网，不论在效率及架设方面，都更为优良和方便。

垂直天线没有方向性

  垂直天线另一优点是没有方向性，一声 cq，可八面四方 360°发射出去；同理，躲在天涯地角的 dx 在呼叫时，也不会因为自己的天线，朝向反方向而失之交臂。

  因此，很多电台在安装强大的定向天线之外，亦多加装一条垂直天线，作为‘监听’之用，以防稀有的dx漏网。

垂直天线也可构成定向天线


图六：变换电波相位来变更发射方向的垂直天线示意图。
  垂直天线也可以采用二根，放置在相隔 1/4 波长之处，以构成定向天线，见图六，再用开关，将电波向前或向后切换方向，这种天线称为‘变相位的垂直天线’ (phased verticals)。

  其电波发出的面积，可达 120。之广，并且有 3db 的增益，加上低发射角度的优势，捉起 dx 来，可直追三元件的八木天线。

  假如使用三根垂直天线，各相距 1/4 波长距离，用选择开关来控制其发射方向，每一方向 120°，三个方向便是 360°，也就是广及全球各地。这种用电来转换方向的方式，优点是迅速，举手之劳去转开关而已，没有机械磨损，可靠性高。

  用过旋转器的同好，一定曾经体会到将天线转一圈时，虽然只有一分钟之久，可是在捉 dx 时，却犹比一年还长，就怕这守候多年的 dx 机会不再。笔者曾用过四根的phased verticals，相当满意。

垂直天线对电视影响不大

  垂直天线发射的是垂直波，对电视的影响不大大，因为电视是水平波。有说垂直天线会影响广播收音，这并不是由于垂直波的关系，而是垂直天线发出的电波角度低，且强而有力所致。

垂直天线较易受杂音影响

  垂直天线在收听方面，似对下雨、下雪、及邻近电器所造成的噪杂音，易受到影响。

垂直天线一定要有良好的地线系统

  水平及垂直半波天线，不需要良好的地线系统来帮助电波的发射;1/4 波长的垂直天线则一定要有良好的地线系统。

水平天线可加装辅助元件使电波集中于某一方向，成为高增益的定向天线

  水平天线可加装辅助元件如反射元件 (reflector)，和引导元件 (director)，使电波集中于某一方向，以求增益。此即所谓八木 (yagi) 天线，以纪念发明人八木教授。又因形似鱼骨，亦称之为鱼骨天线。

八木天线体积重量大，易受天气影响

  一般八木天线由于体积和重量都很大，多限制在 14mhz 以上的波段。且易受天气影响，元件怕大风和结冰而折断；旋转器因受潮结冰而不能转动。架置八木天线用的铁塔和地基 (屋顶 )要够坚固，以备万一因台风及地震等而倒下时，不致引起惨重的灾情，及赔偿等问题。

垂直天线很容易达到低角度

  水平天线的发射角度与生俱来便偏高，难以捉 dx。即使将天线高度架到离地一个波长处 (14mhz 的高度是 20 公尺 )，其发射角度才降至 10° ~ 20°。垂直天线则很容易达到此角度。

  如果要水平天线获得更低的发射角度，唯一方法是将天线‘同相位重叠’。这般的装置要使用较高和坚固的支柱。




个人的经验
  现在笔者将个人使用的经验写出来，给火腿诸君参考。我曾经用过不少种类的天线，有水平、垂直、八木、倒 v、及方形的等等。有自制、改装、也有买现成的。现单由水平和垂直天线来谈：

  多年来，我的电台装装拆拆，qrt( 停用 )的时候，比 qrv( 准备好 )多。每次开台时，总是匆匆忙忙，急于 on air。

  每次 qso 的第一根天线，总是一根水平半波单波段，取其制造容易，校正也容易，随便找屋角或树干一挂便成，歪歪斜斜也不打紧，可靠性高，电波一定可以发射出去，只是效率高低的差别而已。

  当过了一阵 qso 瘾之后，心里总觉得这根天线不够理想，捉起 dx 来，总落人后，连做梦都想要一根更优越的天线；一根三波段三元件十五米高的八木和铁塔，或更巨形的天线，是理想的目标。

  鉴于自己的能力，和四周的环境，及‘人和’的因素，实在没有此福份，退而求其次，只有采用‘地平面式’的垂直天线 (ground plane vertical，或称 g.p.)。它的优点是发射角度低，只要四条地网 (radials)，输电容易，架设简单，不必大兴土木，而且细细的一条，直上云霄，也不刺眼。

  我的兴趣是在多波段工作，心理上总觉得自制的天线没法做科学的校正，效果必定会差些，叫不到 dx 时，总是归罪于天线不好，所以干脆买现成的。厂制品各有各的设计，同一厂商也经常在改进。

  我经试用数种之后，满意的一根，也是目前使用多年的‘白胡桃’ (butternut) 的 hf6v 型六波段的垂直天线。六波段包括 10、15、20、30、 40、80 公尺。

  它的地线系统 (radial system)，设计得别有心裁。依理，每波段用 4 根，六波段便是 24 根，一堆乱麻，非常难处理。而白胡桃竟能将之简化为四根，80 公尺和 30 公尺各有各的 4 根。如果对 80 及 30 公尺波段没有兴趣，则只用四根便可。这项聪明的设计，我奇怪他们不去申请专利权。

  我的屋顶离地四公尺高，天线垂直部份的底部，也就离地约五公尺。这个高度据学术界的实验，并为业余界再证实，是要使 gp 式天线，充分将电能发射出去的最低高度，此高度与电波发射角度无关。

  hf6v 的设计特点是不用‘截波器’ (wave trap) 来分波段，因为截波器会消耗宝贵的发射电能。其天线的主干够长，除 30、40、80 公尺波段外，10、15、20 公尺波段的长度，最短不低于 1/4 波长，所以能将电能充分发射出去。

  我觉得这条天线最强的波段是 15 公尺及 20 公尺，多次和十余个电台同时抢着回答某一电台的 cq 呼叫，对方都很快回答我，所以我知道这只 hf6v 的效率相当好。猜测这十余电台之中，一定有人用八木天线、半波天线、垂直天线等。

  有时遇到远地稀有 dx 电台，战况更加炽烈，长程大炮型的大电台如猛虎出山，照理说，怎么也轮不到我这小小步枪手，但事实上并不如此，我的口径尺寸虽小，托垂直天线低发射角度之福，射程不比长程大炮差。

  有次偶然听到 vs6jr 在 20 米用 cw 叫 cq，由于他叫 cq 的时间稍长些，引起很多台在备战，美国东部很少听到香港，大家都在争取这一新的国家。

  开始的数分钟内，我没叫到他，这时叫他的电台越来越多。我知道大势已去，但仍不放弃，继续监听，再过数分钟，呼叫的电台更多更挤，连他也分不清谁叫谁。突然间，这 vs6 电台音息全无，我立刻意识到，他在找没有 qrm( 干扰 )的空隙，所以我立刻跟着也在找。找到一空隙之后，以守株待兔之势，等他出来。

  果然不出所料，他一叫便给我捉到，虽然我的讯号只有 rst559，但可确知且安心的是，我的讯号既能经这根天线射到香港，当然也能射到地球任何一角落。

  这根 hf6v 为我立下不少汗马功劳，虽然在今天科技日新月异的时代中，已显得落伍，但仍老当益壮，舍不得弃旧换新。

  至于垂直天线和单根的半波天线，与八木、方形等定向而有增益的天线相比又如何？这得说实话，事实上，无增益的单根天线，是无法和有增益的天线相比的。但话又说回来，单根天线并不是毫无用处，通讯天候良好时，并不示弱，用 cw 比用 ssb 占优势；只有在抢叫时会吃亏，讯号给大电台的声音盖没。

  但也不尽然，有很多 dx 电台同情弱小的电台，如低电力 (qrp) 及使用垂直天线者，予以优待，因为他本人也是过来人，深知其中辛酸。

  我们在回答时，可加注自己的情况，如 "km2x qrp" 或 "km2x with vertical antenna"，来引起对方的注意。当然在呼叫时要用些技巧，例如抓住其他电台刚好在换气而停声不叫时的一刹那，将自已的呼号，清晰简明地送出。最忌的是将呼号的每一个音拉长，好似唱歌似的唱出，这会极度增加对方收听你呼号的困难。

  这次经验说明一项事实，即常听人说垂直天线根本不能用，这话不一定对。我个人认为：一、垂直天线架设时要注意各项小节，尤其是地网部份，否则电能损失很大，除 1/2 波长者外。二、用 cw 毫无问题。三、由于讯号不强，qrm 及杂音易将讯号盖没，ssb 尤甚。四、个人通讯的技巧也很有关系。




结论
  我个人对水平及垂直天线的结论是：单根的垂直天线，不论 1/4 成且 /2 波长，无法和有增益的八木、方形等天线相比，但与水平的半波天线相仲伯。二元件变相位的垂直天线 (phased vertical) 则不太输于二元件八木天线。

  现在市售的垂直天线，已发展到多波段半波式，不需用占地的地线网，比 1/4 波长的种类多，增益、发射角度也更低 (18° )，性能相当好，价钱也就不便宜。

  在 hf 波段，任何天线都可收到垂直的电波和水平的电波，不必为这问题而寝食难安。

楼上的文章太好了，有图吗？这样学习更方便:)
谢谢！

好帖子,要保留...

如果你把我所有贴子看完并领会透了,可以说基本上能够称为半个天线专家.

'

如果你把我所有贴子看完并领会透了,可以说基本上能够称为半个天线专家.

'
哈哈，那就好好找找，确实不错！
如何让gp有增益还是没有完全明白，是不是类似u/v的棒子（芯皮连接）？

那是中馈天线.天线增益来自方向系数和辐射功率的积,只要你分析这个公式什么问题都有希望解决,我们的生活费来自对麦克斯韦方程的理解.

好文章， 可惜没有图， 遗憾

'

...天线增益来自方向系数和辐射功率的积...

'
方向系数和辐射效率的积？

方向系数*辐射效率=增益

哈哈,我也开始挑老师的毛病了:p

1/2波长的gp和我说的这种垂直dp天线,哪个效率更高?发射角更低?更适合dx?

5 band 垂直dp 比 gp强多了 作了一条 用了1个星期 在参库放着呢

lhy搬家完毕了？恭贺乔迁之喜！
你所比较的gp是1/4波长的gp吧？垂直dp总长1/2波长，所以效果好吧
不过大地也相当于1/4波长gp的另外那个1/4波长的阵子，不过不是定波长，所以效率会受到影响。也不知道这么想对不对。
您说的强多了有具体比较数据吗？
如果1/2波长gp跟这个1/4波长垂直dp比较，效果哪个会好一些呢？我感觉可能1/2波长gp可能会更好一些。当然需要匹配。
为什么放在仓库？不如贡献了吧:)

倒v自然阻抗50，而水平dp自然阻抗72？将倒v阵子垂直以后阻抗应该是多少呢？通过调整下面一节振子调整阻抗？是否会影响发射效率呢？这可怎么办？

w我的天线就是这样的，效果不错，仰角很低，确实很适合dx，哈哈

如此用的朋友谈谈馈线是否沿着下面的阵子下来的?是通过同时调整上下阵子调整阻抗的吗?