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干货 | “野战”全能王!G4ILO的“神奇”小环天线 [复制链接]

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只看楼主 倒序阅读 0楼 发表于: 2016-05-27
干货 | “野战”全能王!G4ILO的“神奇”小环天线
作者:姚海滨
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  调谐速度快、便携、拆装方便、个头小巧,拆卸完毕后能完美进包,无需支撑杆,无需地网或者接地,简直就是外出野餐、出差携带、基地台站等架设条件下的不二之选。小环儿天线,却有不俗的表现。作者用它2W功率QRP通联到了英格兰北部、澳大利亚西部,怎么样,感兴趣了吧?我们来一起看看吧。

在制作环形天线之前你必须知道的事
所谓的环形天线无非就是一个线圈加可变电容的装置。

  此装置(通常)由两个环组成,大环两端连接可变电容,直径为大环1/5的小环则直接连接信号收发端。可以简单理解为小环是激励单元,通过调整可变电容使大环和小环达到最佳谐振后,以最大效率上在相应频率收发无线电信号。

必须提到一句:小环和大环之间是互相绝缘的。

  如果把一个大环做垂直切分,那么小环和可变电容就各自位于最高点和最低点,二者不靠近,形成的形状如上图,大环包小环的形式。当然还有很多种环形天线的制作方法,比如环芯变压型天线,伽马匹配型天线等,本文不做详细描述。

环形振子的选材
虽说环形天线制作简单,但并不意味着破旧的电容加根旧电线就能达到您的期望值。

  简单来说,环内通过的电流越高,天线的效率就越高,相应阻抗也就越低。所以制作天线环的材料一定要比普通馈线要更粗壮些。很多人喜欢用铜管作为主天线材料,但是看看纯铜管的价格,想想还要自己焊接,把环做成方形甚至八边形,很多人就望而却步了。


  实际想想不一定有必要,大多数人选用环形天线还都是再低功率状态发射使用的。于是主环我选用了RG-213 同轴电缆,电缆内编制网用料非常足,可以有效的降低线阻,轻松应对几十瓦功率。


电容的选择
  制作普通环形天线,整体成本不高,但是如果想制作能够在更高功率工作的天线,能够承受高压的可变电容可是价格不菲的,而且不容易搞到。如果已经选择了低功使用,那么物美价廉的可变电容处处皆是。在进行QRP通联的时候,电容叶片间的电压都能达到几百伏特。平时见到的电容,叶片间距都没有办法塞进去贺卡的,也就只能允许最大5W功率的QRP了。

  如果电容叶片间能塞进贺卡,那么它能轻松处理10W功率。如果叶片间距为1mm的空气电容,是完全能够应付20W下产生的千伏电压的。以此类推,想要达到100W的发射功率,起码要使用叶片间距为2mm的空气可变电容或真空可变电容。如果购进的是新电容,活动触点产生阻抗的问题完全可以忽略。在我看来,拿我的神奇小环和MFJ专业天线相比,在低功使用时区别并不明显。

  如果购进的是一个旧电容,一定记得清除叶片上面的杂物。如果使用挥发性清洁剂,一定注意确保在封装进防水盒之前,电容叶片已经完全干燥。曾经出现过有这个问题引起的防水盒爆炸的事件,请引以为戒。电容本身带有减速装置是非常有必要的。协调环形天线本身是一个细活儿,每一次转动主轴,都会有非常大的谐振变化。普通使用180°调节的电容,尚且需要非常细致入微的手部动作。像蝶形电容这样只有90°转动空间的情况,对操作人来说是莫大的挑战啊。所以如果您使用的电容是不带减速装置,可以考虑弄一个外置的。


上手制作
我的材料清单
  1. 250P带减速器可变电容
  2. 塑料防水盒
  3. 2mm×4mm 镀金接线柱
  4. 2.5m RG-213 同轴电缆作为主环
  5. RCA 插头作为小环输入部分链接
  6. BNC 接头
  7. 50cm 绝缘线
  8. RG-174 细同轴电缆做为小环
  9. N7VE 天线分析仪
  10. 2m 白色PVC绝缘管作为主支撑杆
  11. 转轴手柄
  12. 三脚架螺丝

制作调谐盒

防水盒内部
  电容粘到盒子上,两条粗线连接到与主环链接的接线柱上。注意,接线柱与主环直接连接,为了避免灼伤,请一定确保接线柱没有裸露在外面的金属部分。从下图可以看出RCA插口作为可拆卸部分,插在了调节盒上,起到了与小环的连接作用。

制作环形振子

  环形天线的设计,不同的阵子长短决定了所能覆盖的波长。一个更大尺寸的天线如果能够在80m波段有良好效率表现,也定能在40m和30m波段有更优异的表现。由于考虑到占空间问题就暂时没有尝试。
制作小环
  使用RG-174 同轴电缆连接一条有绝缘表皮的电线。电线一端接到同轴电缆铜芯,一端接到编制网。
小环的直径是大环直径的1/5,也就意味着长度是大环周长的1/5。但实际小环尺寸并不会严格分毫不差,我最开始制作的小环比1/5大环直径大的多,实际驻波表现也非常好,而且成功进行了通联。


  在馈线的另一端连接RCA插头。小环悬挂在大环顶端位置,记得给RG-174电缆留出富余的长度,以免调整过程中出现尺寸偏差。
制作大环
  先要把RG-213同轴电缆两头去掉5cm绝缘皮,把编制网拨到一遍,减掉4cm铜芯,剩下的长度用胶带包裹进行绝缘。把编制网拧在一起焊接到4mm的接线铲,此步完成后大环制作结束。
大环的支撑
为了能让大环保持最大的舒展度,我选用的PVC线槽,柔韧性非常好,能够让完美撑起整个大线圈。


天线的使用
  从上图可以看出,整个天线仅仅有以下几个部件组成:调谐盒,两小卷线缆,塑料条若干(扣在一起做支撑杆),可以轻松地放进行李箱或背包。整个天线的组装过程耗时不过1分钟。把天线连接上收发机,调谐到最大谐振点,打开天调按钮知道协调指示灯熄灭。至此,这个小环天线到此制作成功了。


  如果驻波指数不好,可以稍稍移动天线,附近有物件可能是影响驻波因素之一。如果实在没有办法把驻波调整到1.5以下,可以改变一下主环形状,比如椭圆形。如果非要在身边使用环形天线,请尽量把电容调节把手面对着您,以减少RF对人体的辐射。
天线调节是一个细致活儿,需要手部动作非常精细。在不同波段使用时需要稍微调整已达到最佳的谐振状态。

天线整体表现
  我试用了很长时间,直到我撰写此稿时,天线共在20m、30m、40m三个波段上工作过。为了彻底测试它的性能,我使用了WSPR(弱信号传播报告系统)来帮助我精确地收集来自全世界的信号接收报告。通过切换使用神奇小环天线和阁楼上的MFJ环形天线,我对神奇小环天线的整体表现做了一个总结。

  总体上来说,神奇小环儿比阁楼上的MFJ天线稍差一些,但只是在场强方面。有时候神奇小环的在连续高信号强度方面则更胜一筹。(尤其是从和意大利某些地区通联的结果来看)。到现在为止我还用它进行DX通联,1W功率的CW通联达到斯堪的纳维亚和东欧还是蛮容易的。甚至在我和他人通联结束后立马就有人报告“Standing by”, 更有人答复我的CQ。如果天线没有效率,恐怕是无法完成这样的QRP的。SSB通联不太容易,当然,当通联环境受太阳黑子影响的时候,QRP就够了。
 “神奇”环形天线便于制作,而且表现不凡。如果您身居公寓楼,面临很难或者根本无法假设其他天线的困境,这个小天线无疑为热爱无线电的您铺平了一条路。如此组装简便和便携天线相信一定能够让您在放假出游、公务出差随时尽情享受通联乐趣的利器。


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Magic LOOP天线要想效率高,同时又能承受大功率输出,关键的是环导体直径要粗,导电性能良好;另外就是需要一个耐高压的真空电容;要想调谐方便,还需要一套伺服电机减速驱动系统。

该天线原理简单,实际上这种天线对制作工艺、选材要求极为严格,否则很难成功。
想做一个接收天线不难,兼顾发射效率,大功率就很难了。

还有,小环天线不能总是期望它工作频率有多宽,像ALEXLOOP工作频率40-10m,接收可以,要达到发射也能够真正实用,也就是20m以上,低端效率实在太低了。

因此想玩小环天线,还是要根据使用波段,选用不同周长的环,尽量加粗管线。




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