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7/10/14/21 MHz 自製垂直天線 李錦鴻 VR2GY [复制链接]

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18844
只看楼主 倒序阅读 0楼 发表于: 2004-05-04
40 米波的 7mhz 業餘波段雖然雜聲較多,但日間在 500 公里內作 ssb 通訊或 1000 公里內的 cw 聯絡是很有保證的;而到了夜間,更能呼叫到很多 dx 訊號,所以 7mh2 和 21mhz 波段是僅次於 14mhz 而成為全世界業餘愛好者最常用的波段。



  其實如果不是 7mhz 的頻帶比 21mhz 窄了許多 (7100-7000=100k, 21450-21000=450khz),則 7mhz 就不曾那麼嘈吵而此 21mhz 更受歡迎。



  單波段的天線與多波段天線相比,由於不需加入 trap coil,因而輻射效率較佳,且 容易自製,筆者的 14、21 及 28mhz 天線都是可旋轉的單頻八木天線,但如此一來 ,天台剩餘的空間就不多了,無法再容納 7mhz 的 dipole 天線,yagi 就更加不敢 想像了。



  在各種天線中,垂直天線最節省位置,雖然它的噪音比水平天線大,但在客觀環境影 響下,就別無選擇。最短的諧振天線是約 1/4 波長的 gp 天線,它在 7mhz 時的長 度亦需 10 公尺,這個高度的垂直天線稍為想一想就有點害怕,因為在刮大北風的冬 季和颱風肆虐的時候,天線倒下來可不是開玩笑的。



  由於 5 米高的 14mhz 垂直天線已經做過幾根,機械強度尚佳,能抵受颱風吹襲,因 此便決定採用 5 米長度做 7mhz 垂直天線,但因不能自行諧振,所以要加入負載線 圈,以增加其電氣長度。實際製作時,用 1mm 直徑漆包線,在 1 吋直徑環氧樹脂管 上繞 30 圈左右,作為中間負載,完成後測試其性能及 swr 尚稱滿意,由於有 5 米 高,所以比 cp6 及 r7 等天線在 7mhz 時有更佳表現,至此以為大功告成,但在實 際應用上,卻出現了另一問題……



  眾所周知,7mhz 上強台林立,這樣就唯有加入大烏龜才能有一立足之地,而筆者較 常使用 cw,上線操作 1 小時後,發現 swr 嚴重劣化,只好立刻關機檢查,發覺負 載線圈已被燒斷完全變黑,表示線圈的線徑不夠粗,唯有改用 2mm 漆包線重新繞製 ,繞好後再 on air,情況已有改善,用了幾天都 ok,又可能並非長時間 qro 或用 cw 所致。不過約 10 天後,swr 又逐漸變壞,剛巧又連續下雨,不方便檢查天線, 為免燒燬真空管,所以唯有加入 atu 天線調諧器來做「替死鬼」,但不一會,天線 調諧器已經發高熱且有焦味,到此地步,只好關機或 qsy 到 14、21mhz。天晴後把 天線放下檢查,發覺這次負載線圈雖然有變黑及漆皮部份脫落,但仍未燒斷,只不過 環氧樹脂管已被燒焦碳化,難怪 swr 變壞。



  心想,以前用 730v 的 v 型 dipole 天線在 7mhz 時,即使 qro 到 2kw 都能應付 ,為什麼自作派的線圈會這麼不濟呢?好奇心驅使下細看 730v 的 trap coil,發覺 線徑亦不大大,只發覺支持的塑料管有些異於常見的塑料,於是就用電烙鐵去試烙一 下,果然是耐高溫的塑料,有可能是號稱塑料王之聚四氟乙烯(不能肯定),難怪 730v 的功率容量這麼高。



  在這裡附帶說明為什麼許多天線廣告都標榜不含 trap coil 的原因。根據能量守恆 定律,熱能不會無端端產生的,它是由高頻電能轉變而來,線圈愈熱,消耗高頻能量 愈多,餘下輻射到空中的電波就愈少了,這亦是筆者不喜歡在天線加入線圈的原因。 不要以為多波段天線含有眾多 trap coil,賣相十分漂亮,實質效果絕對比不上單波 段天線。



  事情到了這個地步,如果繼績要使用這根 5 米高的 7mhz 垂直天線,看來只有三個 辦法:一、將中間負載線圈改為底部負載線圈;二、取消所有負載線圈,改用 atu 調到 7mhz 去;三、不用線圈及 atu,把天線增高至 10 米左右。



  這三個方法各有特點:一、線圈放在底部時,無需顧慮機械結構及風阻,就可以用粗 銅線繞成空心線圈,並可多繞幾圈及抽頭,以便用在 3.5 及 10mhz 上,但輻射效率 會比中間負載稍低。二、用 atu 調節是最簡單方法,但效率更低,而因為很多高頻 電能損耗在 atu 上,所以它的功率容量要大。三、增高天線長度到 10 米時,效果 最好,但結構最傷腦筋,而且找不到參考資料。經多番考慮及初步測量尺寸後,決定 先試試第三方案,實在不行時就用第一辦法,而 atu 則作為最後一招使用。



  10 米高的鐵塔,在歐美日地區,小兒科而已,可說完全沒有問題.,但港人大多居住 於多層公寓式大廈,面積又細小(價錢卻比外國的獨立式花園華廈更貴),筆者已經 稍為幸運,有一個私用的小型天台可供使用。但 10 米高的天線安裝,依然要顧及重 量、安全、颱風、鄰居意見等等。
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18844
只看该作者 1楼 发表于: 2004-05-04
在初步理順各點後,便要考慮天線的 (1) 實際結構,(2) 材料選擇,(3) 施工方法 及 (4) 以後維修的問題。特別是後兩點,筆者發覺,市售的商品天線因為從歐美日 的市場考慮,材料的確很堅固耐用,但重量往往是一大障礙,要合數人之力才可架設 ,而對施工場地需求也較大,因此有很多 om 在安裝天線時,開始的第一步很容易找 到數位朋友幫手去搞(假設施工面積夠大),一鼓作氣的把天線豎起來,很快便可上 線 on alr;如果 swr 不佳時,亦可合數人之力立刻改善,往後就可有一段或長或短 的快活 qso 日子了。但眾所周知,架設天線很少會全無意外而一勞永逸的,越多波 段的天線,越多線圈的天線,往往越快出現問題,如螺絲鬆脫使長度移位、金屬與塑 料接駁部份入水、颱風吹脫某個單元、電纜外皮刮破而入水,甚至整根天線倒下等, 有時更出現很多難以解釋的奇難雜症。



  總而言之,必有需要把天線放下來維修檢查就是了。到這個時候,再要召集兵馬就有 點為難了,但要命的是,上述情況亦不是一次就能解決的,如果出現數次故障,往往 就很難開口去請義勇軍了。小毛病的還可用 atu 調節,勉強呼叫鄰近的日韓地區遇 過癮,遇到重症時,往往只能與方圓數里的 local 電台聊天,使 dx 天空中又消失 一個 callslgn。



  上述因素,亦是促使筆者要自行製作所有常用天線的原因,把每根天線都做到質輕且 易維修調整,當然大前提要保證質量和效果要有合理的水準才可。
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18844
只看该作者 2楼 发表于: 2004-05-04
一般的鐵塔都是以上小下大的形式來減輕重量、成本及風阻,但在自行製作時,這些 工藝就較難解決了,現在向大家介紹的方法是採用方形鋁管去做四條距離上下都一樣 的鋁架組成,這樣各立體交叉點都會是 90°,其準確性就較易掌握了。結構示意固 如圖 1。



  為了減輕重量及風阻,4 支 6 分鋁方通在 10 呎長度後,改用 3 支繼續向上伸展, 再高到 18 呎左右,又改為 2 支邊長 5 分的鋁方通向上延長至 25 呎,至此餘下的 8 呎左右則用一根 4 呎的 4 分鋁方通及一條 4 呎的 3 分圓鋁通組成,這樣總長度 就約為 33~34 呎,剛好諧振在 7mhz 上。



  當在考慮各個環節的尺寸時,電光火石之間,發覺與 21mhz、 14mhz、10mhz 的 1/4 波長很接近,因為它們分別是約 11 呎、17 呎和 25 呎,如果適當遷就一下尺寸, 同時將各條鋁通都用絕緣物料支持,則極有可能諧振在 4 個波段上。筆者孤陋寡聞 ,書讀不多,實在找不到類似的參考資料,上述設想,的確是沒有把握的,但正如有 些學者說:實踐是檢驗理論的最佳方法。於是就先用剩餘物質分別做了兩枝獨立的 14mhz 和 21mhz 垂直天線,當調整到工作完全正常後,便用環氧樹脂板把兩根天線 固定起來,相距約 7 吋,而底部連接起來,再加上 10 呎和 17 呎軟電線做地網, 用 rg8-u 電纜接到收發機上去,如圖 2。經初步測試後,果然能工作在 14 和 21mhz 波段,只是諧振點偏低,swr 亦稍劣,於是適當減少兩條天線長度,又調整一 下地網,諧振頻率和 swr 都正常了。經此初步試驗後,就有信心去購買各種材料繼 續搞下去。



  這根天線最後的重量約 12 公斤,並不算重,但由於高度超過 10 米,如果沒有好方 法,即使在完全無風的環境,單憑個人力量是無法從地上的水平置放狀態而豎高成垂 直狀態的。筆者從以前安裝商用 vhf/uhf 天線的方法中借鑒,試驗出下列的方法, 只要小心從事,一個人也可升起和降低這根 10 米高天線。當然,為安全考量,在升 降天線時,應請一兩位大漢在旁監視(動手與否,悉聽尊便)。
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18844
只看该作者 3楼 发表于: 2004-05-04
起落架的製作

  10 米高天線之所以可能較易升降,是由於它是裝在一個如圖 3 示意的起落架上;圖 4 則為頂視圖。



  一般天台的欄桿,多是用圓鐵管燒焊組成的,但由於筆者早就預算安裝各種天線,所 以就改用方形角鐵燒銲,這對以後的天線架設帶來了較佳的條件。



  首先要準備:

1. 4吋長的寸半角鐵4條。

2. 1吋二分內徑鐵水管約4呎長。

3. Ω形喉夾3個。

4. 1寸厚的8吋x12吋電木板1 塊,另8x8吋兩塊。

5. 2分半螺絲及分半螺絲若干。

  先在 4 根角鐵和寸二水喉鐵上,用二分七五鑽嘴打孔,以方便用二分半螺絲上緊, 其鑽孔位置可參考各照片 (太詳細尺寸是沒有意思的,因為大家的施工條件及境環是 不可能一樣,下同 )。鑽孔後,不可立刻把 4 條角鐵燒焊在欄杆上,而應先把 4 條 角鐵和寸三喉管用 2 分半螺絲上緊來定位,以免焊後各孔對不上。但由於 1 寸二分 水喉在以後會經常起落,因此要像圖 5 示意,在角鐵與水喉間先加入一個 2 分半絲 母來預留以後的空間。
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18844
只看该作者 4楼 发表于: 2004-05-04
接著將圖 5 中的 4 條角鐵旋轉 90°,用燒焊的方法(千萬不要鑽孔用螺絲上緊) ,如圖 6 示意,把 4 條角鐵熔合在鐵欄杆上,燒焊完成後,原來圖 5 的兩個臨時 加入之 2 分半絲母,便可除去,這時如果把 a 螺絲去掉,則寸二喉鐵便可很輕鬆上 下移動(以 b 螺絲為軸心),但是往往有這種情況,當喉管下放到約 45 時,會頂 著鐵欄杆的角鐵,這時只要把喉管鋸去小部分即可 (照片 1)。



  寸三鐵的頂部繼續要裝上三塊 1 寸厚的電木板來支持整根天線,並且使之與鐵喉成 絕緣狀態。這根天線在 94 年春季建成,經年多的風吹雨打及曝曬,三塊電木板已出 現輕微裂痕,問題仍未嚴重,各位 om 如果仿製,最好改用還氧樹脂及塑料板代替。



  三槐電木板中 10x12 吋最大的一塊,用Ω形夾具通過分半螺絲上緊在寸二喉管頂部 ,同樣的,最好在電木板上攻出分半的螺絲紋配合分半螺絲;採用螺絲母則為下下策 ,因為經多次風吹搖擺之後,螺絲母一定會鬆脫。至於兩塊 8x8 吋電木板,則用來 固定 4 條 6 分鋁方通,安裝法可參考各照片及圖 7,亦可按照實際情形適當處理。



天線材料

一、6 分鋁方通,原長 20 呎,共 3 支,其中 2 支請店家鋸成 5 呎長共 4 支,另 一支分成二等分,即 6 呎 7 吋長 3 支。電鋸裁切雖有損耗,相差少許並不會 有所影響。相信在香港以外的地區,原長 6 公尺(約 19 呎 8 吋)的鋁通,相 差亦不大,照等分裁切即可。

二、5 分鋁方通 1 支,鋸成 6 呎 1 支、7 呎 1 支及 1 呎 7 支,餘下備用。

三、4 分鋁方通 6 呎 1 支。

四、3 分鋁方通 6 呎 1 支。

五、0.5 吋厚、寸半高及 8 寸長的膠板或電木板共 18 件。

六、2 分尼龍繩約 150~200 呎。
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18844
只看该作者 5楼 发表于: 2004-05-04
上述的 3 分及 4 分鋁通,相信店家很難會小量供應,但由於這兩個尺寸的鋁通,無 論 hf、vhf 及 uhf 天線都可製作,價錢不貴,倒不如整根買回來,留待以後使用。



  由於電木板較重,故第五項的絕緣板如能找到塑料板(帶軟性的而非壓克力原料那種 ),則以塑料板為宜,況且電木板在吸附雜物後(曾見過鳥糞,蜂巢等),絕緣度比 塑料差,而垂直天線通常越離開饋電點,阻抗便越高,隨著的高頻電壓亦高,故此絕 緣板以塑料板為宜,以減少以後的高頻損耗。



  另外,各種工具如電鑽、鑽嘴、螺絲要準備妥當。分半和二分半的英制螺絲可用 5mm 和 8mm 螺絲代用,後者的螺絲紋較密,效果更佳,但最好用不銹鋼的,銅質稍差; 絕對不可使用鐵質的,否則定會後悔。



天線組裝

  如果我們的 qth 有一場地達到 12 米寬以上,並有電源及照明裝置,裝製起來就十 分方便,不消幾個晚上就可完工了,但相信大多數人都沒有這個條件,因此,現在介 紹採用分段接駁的加工方法,場地問題就較易解決。

圖 7 中已詳列出最底下之 4 支 5 呎長的 6 分鋁方通與三塊電木板及寸三喉鐵 的加工細則,配合各張照片,讀者一看就可明白。當完成這部分後,用油性簽字 筆將鋁通和電木板的接點記下符號,便可將Ω夾具鬆脫,把 4 根鋁通拆下。如 施工場所的確狹窄困難,方可把所有鋁通和電木板完全分離加工,但各個接點符 號一定要記得詳細,不然再裝崁時就麻煩了。
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18844
只看该作者 6楼 发表于: 2004-05-04
最底下 8 根 6 分鋁的 4 個接口,都用 5 分 1 呎長的鋁方通來接駁,詳見圖 8, 這裡有一特點,就是 5 分與 6 分鋁通的接駁時是先行鑽分二五孔,再攻分半螺絲紋 ,然後用分螺絲上緊,而不是鑽分七五孔再用分半螺絲及絲母上緊的方法。原因是鋁 的表層通常都經陽極氧化處理,所以表面是絕緣的,攻出螺絲紋再上螺絲時,其電氣 接觸就有較佳保證,但這樣就得要求加工仔細,同時,地面 (或樓面 )要較為平坦。

由於 6 分及 5 分鋁通的厚度通常只有 0.5mm 左右,稍嫌不足,所以最後仍要加入 螺絲母以保證機械強度,但絲母為什麼要兩個呢?原因是使它們互相壓迫,不易因振 盪而鬆脫。

當 8 條 5 呎長的 6 分鋁通接駁成 4 條 10 呎長鋁通後,還要利用天線材料第 五項之膠板,把它們絕緣固定起來,詳情可參考圖 9。

4 根 10 呎長的鋁通頂部,由於有一根用於 21mhz 而無須再加長,所以跟著只 有三根 6 分鋁方通,每條長 6 呎 7 吋,它們與圖 8 的方法一樣,利用 5 分 通接駁四根鋁通中餘下之 3 根,這時總長度便超過 16 呎 7 吋,而這個長度已 經可以自然諧振在 14mhz 上了。
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18844
只看该作者 7楼 发表于: 2004-05-04
在 3 根 16 呎 7 吋的 6 分鋁通之上,是兩根 6 呎及 7 呎之鋁通,經接駁後 分別長 22 呎 6 吋及 23 呎 6 吋,後者可自然諧振在 10mhz 上。接法請參考 圖 8、9、10 及照片。

五、在 22 呎 6 吋的 5 分鋁管上,是一根 6 呎的 4 分鋁通,再加一條 3 分鋁通 ,由於這兩根鋁通口徑能互相套入,接駁方法如圖 10。全部接駁完成後,總長 度超過 34 呎,可自然諧振在 7mhz 上。
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18844
只看该作者 8楼 发表于: 2004-05-04
天線的升降方法

  將所有鋁通都接駁好後(要在現場接駁),便可上緊在三塊電木板上,這時總長度高 達 38 呎 (34+4),極有可能有部分天線突出於天台平面外,所以要小心施工。這時 用三根 20 呎長的尼龍繩縛緊在離天台面約 14~15 呎高的膠板上,再用 3 根 3 呎 長尼龍繩縛緊在高度 26 呎的膠板上。這時應先約定一兩位朋友在旁觀察,不一定要 動手。



  跟著穿入底部螺絲,並旋入螺絲母,再預備一張凳子,離天線底部約 1o~15 呎的地 方,這時,單手就可提起天線,並用另一手把凳子移入,撐起天線,這個步驟的目的 是要測試天線初步提升時的難度,並把 6 根尼龍繩理好,不致互相纏繞或牽動附雜 物,否則到下一步繼績升高天線時,才發覺尼龍繩纏著其它東西而受阻,就會陷入進 退兩難的局面 (假設沒有旁人幫助 ),參考圖 11。



  接著,無需作深呼吸,就可如圖 12 所示,慢慢將天線升起,升起的過程不要太急, 如發覺有阻滯時,如尼龍繩為雜物所纏、鐵喉管頂著欄杆、自己前面有東西阻擋不能 向前移動等,可慢慢將天線放下,同樣用凳子撐起,排除各種問題後,則又可再把天 線升高。



  當天線升高到與地面成 45°至 70°左右時,是最困難的情況,事先一定要清理現 場;過了 70°後,就會較輕鬆了。當天線完成升高到 90°後,就要立刻穿人圖 6 的 a 螺絲,並用絲母收緊,這時如果不刮大風的話 (風太大時不要動工 ),可不必 拉緊 6 根尼龍繩,而先進行電氣測試。最底的 4 根鋁通,事先要鑽 7 厘半孔,再 攻 1 分螺紋,然後用 l 分銅螺絲把接線再上緊,再作軟性粗銅連接在一起,這點就 可接同軸電纜的蕊線。



  至於地網方面,筆者原先是用 4 根分別為 34 呎、23 呎、17 呎和 11 呎長的軟電 線接電纜的網線,另外四端空接。



  在測試時,由於本天線用鋁管組成,還粗於一般拉線 dipole 及各種垂直天線的 trap 線圈線徑,故頻寬較闊,7mhz 和 10mhz 都超過 500khz,而 14mhz 和 21mhz 更大於 1mhz,swr 亦普遍優於 1:1.5;加上無任何線圈,所以電氣測試很容易過關。 如果的確出現諧振點偏離工作點較遠時,當然可以把天線放下,改變相關振子的長度 來調節,但亦可調節相關的地網長度,使諧振點稍作改變。



  調整完成後,便可把 6 根尼龍繩,各成 120°拉緊繫於附近的堅固物體,這樣比較 安全。


末語

  筆者當初的設想是,當颱風吹襲時,可以把這組天線放下,但放下前由於要先把 vhf 及 hf 的八木天線移開,十分麻煩,於是在第一個颱風到來時就試試考驗一下,結果 亦能安然渡過,至 95 年 10 月為止,已經歷數個颱風犯港,幸仍力保不失,不過各 根尼龍繩及電木板已呈老化,雖然仍未算嚴重,但有空時就打算更換。



  本組天線雖然有 4 個波段,但最常用的是 7mhz 和 10mhz( 因為 14mhz 和 21mhz 有八木天線可用 ),其中 7mhz 的性能是較理想的,呼叫廣州的電台及各 bv 電台, 經常都有 59 plus 的訊號,晚上在 7.005mhz 的 cw,經常都可通到北美各台,鄰近 的日韓電台,則俯拾皆是。



  雖然未經全部逐一比較,但筆者相信本天線在 7mhz 的表現,可勝於市售的任何垂直 天線。歡迎各位 om 來信指正。
离线pla1994
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305
只看该作者 9楼 发表于: 2004-05-04
7/10/14/21 mhz 自製垂直天線 李錦鴻 vr2gy .好文章!
离线BD2MB
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1602
只看该作者 10楼 发表于: 2004-05-07
图??????????????????
离线BG6QCB
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5262
只看该作者 11楼 发表于: 2004-05-07
bg3rj把图上上来,有图就一目了解。
离线BG7JYX
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1410
只看该作者 12楼 发表于: 2004-05-07
来上张图吧.......
离线BD3RJ
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18844
只看该作者 13楼 发表于: 2004-05-07
里面有图,只不过这个服务器挺奇怪,多次连接后就不让连了。请各位尽量选在晚上看一看吧。
离线kqtvgujun
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78
只看该作者 14楼 发表于: 2004-05-15
网址。。。。。。。。。。。。
离线bg4adm
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1191
只看该作者 15楼 发表于: 2004-05-21
很有参考价值,谢谢.就是图片没办法显示,建议楼主以后不要连接其他网站,直接贴上来,斑竹老大不会怪你占用论坛空间的吧..
离线bd4uc
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882
只看该作者 16楼 发表于: 2004-05-21
大佬们,组织套件吧!
离线硅两瓦
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2089
只看该作者 17楼 发表于: 2004-05-27
3rj,你从那里找到vr2gy的网址?赶快贴来看看.
离线TCL
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1040
只看该作者 18楼 发表于: 2004-05-27
http://home.kimo.com.tw/bv3fg.tw/
网站内容多多,只是不更新了!大家慢慢找吧!
离线硅两瓦
发帖
2089
只看该作者 19楼 发表于: 2004-05-30
3rj,网站地址呢?。。。。。。