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BA5CW设计天线的历程 [复制链接]

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离线BA5CW
 
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5025
只看楼主 正序阅读 0楼 发表于: 2020-04-27
最近一直在为重建上路湾设计天线,过程当中有很多思考,以前也有很多人来问我天线数据,我觉得有必要和大家一起分享一下因地制宜架设天线的思想方法。也有利用自己不断整理思路。帖子可能很长,容我慢慢写。

设计天线中主要使用了两个软件,一个是MMANA,一个是ARRL天线手册里的HFTA。最早开始用这些软件是2006年左右,用于分析个人天线的使用,我自己一直是用简单天线的,无非是鱼竿,长线,skyloop之类,这是最简单易行的一线打天下的方案,但是一条电线用于全波段,总会有各种问题,为了明白问题所在,我开始用软件分析这些天线的方向、仰角等问题,通过软件我搞清楚了很多以前的困惑,当然搞清楚了并不等于就解决了问题,只是我知道了这些电线的优劣,懂得了通联或比赛时的扬长避短。

初期也做了一些简单的八木天线的分析,当时国内自制天线的大咖以BA4ED为主,我说实话,我有时候很怀疑那些天线的结果,因为某次B5HQ比赛我用了4ed配给我的一个15米八木,我决定用软件计算一下,结果发现我的数据和原始数据相差很大,但那时候的技术很粗略,我不能确定是谁有问题。用此方法我也为当时的B5A使用的天线做了一组设计,由于理解有限,那些天线都需要实际做调整才能使用,最终能不能达到设计效果,我也无法清楚。但至少知道了一点,以前大多数人买来八木天线,发现驻波不对,就简单调一下激励振子的长度,驻波比OK就万事大吉,这种想法是非常错误的,八木天线只要动了一根振子的长度,整个性能就不可控了。

天线设计的第二个阶段是在2009-2011年间,首先是为了准备当时BD4CB星火农场基地的天线,当时很着迷于线天线的设计,因为我知道我计算铝管天线不那么准确,对线天线计算把握比较大,为此给出了spiderbeam和40m moxon的原型设计,懂得了增益和前后比取舍的控制方法,天线的分析从单一频率的考虑问题,到整个波段的性能带宽,而不仅仅是驻波带宽的兼顾,天线的实际使用效果很明显好于以前用过的其他定向天线,让我确定了天线必须自己算这条道路。用这些方法后来用于BY5CD在鄞州中学校区的天线修正同样其了一些作用,当时鄞州中学买的是仿制CL系列和EF系列天线,初期安装的效果并不好,通过简单调驻波的方式我是无论如何接受不了的,所以逐个分析了天线数据,因为是铝管天线,我只能采取边计算边调整的方法,这使得BD5CHU为了调整天线上下了无数次,虽然经过两年的调整,基本达到效果,但这种用线天线修改平均线径的方式,造成了大量人力物力财力的浪费,我需要做深刻检讨,这里再次对BD5CHU表示歉意,由于水平所限,带来很多麻烦。令人欣慰的是,我们终于用上了效果有保证的天线,期间多次破纪录的成绩也给我们的工作带来肯定。

在上述这段时间里,由于开始使用堆叠,我学会了用HFTA分析地形和天线高度带来的效果,得到的进步就是明白了除增益、方向性、性能带宽等基本参数以外,我需要知道天线的辐射仰角控制,所谓控制意思是不能像以前那样,只知道增加高度降低仰角,而是需要根据不同通联对象,去覆盖一定的仰角,通过分析设计,是可以知道应该做成什么样的,这有点像我以前分析简单天线时,水平波瓣的无序分裂带来的不可控因素,这次上升到了垂直(仰角)的控制,即使有时控制不了,也知道了自己哪些地方是有问题的。

第三阶段就是2012-2013年,这时候BY5CD已经全面迁移到上路湾,上路湾的架设条件可不允许经常上下来调整天线,我正好在前几年的计算中,学会了用准确的铝管套接尺寸来准确计算天线,上路湾天线的架设证明了这点,算出来是什么尺寸,结果就是不需要调整的,因此上路湾总体来讲天线的使用效果非常好。同样,由于上路湾的条件限制,我们没有办法把天线架得很高,加深对地形因素的考虑来架设天线成为应重要内容之一,这对上路湾的实际使用其实并未产生重大改变,我只是清楚了,为什么有这样好的效果,那些不理想的地方又是因为什么引起的?上路湾一直到2016年中期的运行结果非常好,每次比赛的结果是最直接的证明。

第四阶段应该是现在还在进行的过程中,前面10多年积累的天线知识,需要有一次综合地、系统地、可控地应用,我不清楚这个阶段还会给自己带来哪些知识点的增加,但和以前不一样的应该是:改变以前闭门造车的模式,以前和别人的交流,更多地是输出,很少能吸收别人的经验教训,也不太关心我不用的那些天线的情况,尤其是最近为了简化上路湾天线的配置时,需要进入到多波段天线的真实设计,遇到了很多疑惑,所以准备开贴和大家一起交流。

1 楼 引子
18楼 10米波段的分析,仰角、堆叠、上下天线的几种设计
21楼 15米波段的分析,仰角、堆叠、上下天线的几种设计
27楼 20米波段的分析,仰角、堆叠、上下天线的几种设计
31楼 40米波段的分析,根据地形选择天线高度,1-2-3单元的差别,地形仰角分析、8 circle接收天线,主力天线的几种设计方案
35楼 80米波段的分析,重点在DP和GP发射的取舍,接收天线同40m的类型
37楼 160米波段的分析,发射天线分析和选型,常见接收天线的介绍

预告:辅助天线, 兼谈多波段天线
[ 此帖被BA5CW在2020-05-15 23:42重新编辑 ]
离线bg0cq
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1150
只看该作者 61楼 发表于: 2022-11-23
确实,BA5CW分享的天线理论及相关思想,思路非常系统,宝贵,值得认真学习;在最后给出的阵列实例,我觉得是个人低成本便捷DX设台的最佳方式。等解封了一定要实践一下。
地址:新疆库尔勒市841000
Email:bg0cq@163.com
离线bd4lb
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3126
只看该作者 60楼 发表于: 2022-11-23
分析自己架设好的天线,我感觉有些难度……

天线模拟软件,还是提供了很大的帮助。
能分析出来,不同天线之间的巨大差别~

我会继续折腾天线,希望用更小的发射功率,让比赛俱乐部台,能听到我的呼号……

感谢楼主的分享~




离线bg0cq
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1150
只看该作者 59楼 发表于: 2022-11-22
明白了,谢谢您!
地址:新疆库尔勒市841000
Email:bg0cq@163.com
离线BA5CW
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5025
只看该作者 58楼 发表于: 2022-11-22
回 bg0cq 的帖子
bg0cq:请教BA5CW老师:在您给出的垂直二单元和三单元阵列连接示意图中,移相线的屏蔽层是悬空的吗?与移相线连接的馈线那一端只是芯线相连吗,屏蔽层怎么处理?悬空还是接地?接地点放在哪里? .. (2022-11-22 13:45) 

屏蔽层接地的,偷懒没画
离线bg0cq
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1150
只看该作者 57楼 发表于: 2022-11-22
请教BA5CW老师:在您给出的垂直二单元和三单元阵列连接示意图中,移相线的屏蔽层是悬空的吗?与移相线连接的馈线那一端只是芯线相连吗,屏蔽层怎么处理?悬空还是接地?接地点放在哪里?移相线的布放有什么要求?敬请释惑,谢谢!
地址:新疆库尔勒市841000
Email:bg0cq@163.com
离线BA5CW
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5025
只看该作者 56楼 发表于: 2022-08-19
这些文字是写给有条件的竞赛台的,本质上是自己在设台过程中的思路的记录,既然写了,也不管有没有用就发出来分享,而且也只是个考虑问题的方向而已,具体问题需要具体分析,对大部分在平地上设台的人来讲并没有意义。

只有可以利用地形,根据实际的地形去选择天线和天线架设放式才是需要仔细分析的,典型的例子就是在山上,可以在没那么高的铁塔上得到远超平地的收发效果,这时候高度上1米的差距有可能就有很大改善,低波段同样架高困难,但是在地形的加持下,选择水平类的天线可能可以达到良好效果,而同样的高度,在地面上最佳选择几乎就只有用直立天线。
在线永远的FM
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只看该作者 55楼 发表于: 2022-08-19
回 BD7IS 的帖子
BD7IS:跟单学习, 又到赛季中期了。[表情] [表情] [表情] [表情]  (2022-08-18 22:30) 

鹏爷的山顶大农场搞好了
BH7JUO 邱工 广东 珠海
4个鸡的900M 136叁12幺0捌42 微信 bh7juo
定制抗中波干扰的短波高通滤波器,1.5KW/100W业余段带通滤波器,20-15-10米波段1.5KW/200W三工合路器,欢迎砸单
离线BD7IS
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9865
只看该作者 54楼 发表于: 2022-08-18
跟单学习, 又到赛季中期了。
不懂瞎顶
离线BH4rrg
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只看该作者 53楼 发表于: 2021-04-30
屋顶直立天线来借鉴学习下
BH4RRG       CSKC#219

常用DX信息网站:
http://new.dxsummit.fi/
http://www.ng3k.com/Misc/adxo.html
http://www.425dxn.org/
http://www.425dxn.org/monthly/index.html
http://dx-world.net/
离线黑客岛
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只看该作者 52楼 发表于: 2021-04-30
大神终于更新了
姓名:钱江
呼号:bd5hst
地址:杭州萧山区道源路南市花园20-3营业房 家有爱宠宠物店
单位:家有爱宠宠物店
QQ:52575582
离线BA5CW
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5025
只看该作者 51楼 发表于: 2021-04-30
短振子(2.5m)有源天线的应用——3单元有源阵列设计

下图给出一个三单元端射的应用实例,经过计算选择了40m波段为基准,振子间距10米,以及120°移相,选择过程和上面的两单元类似,不再赘述。

此设计的要点在于巧妙使用两次180°反向和适当的并联,得到三个振子需要的相位差和幅度差,只用一条移相线就适用于40m80m160m甚至20m以上的波段。

三单元端射在方向性上比两单元的优势是显而易见的,40m80m160mFB分别是27db31db15db,而RDF普遍高了2db,分别是10.4db11.2db10.9db,仅为40m设计的间距在多波段应用上增益差距较大,尤其是在160m应用时,平均正向增益在安静的郊区环境,noise margin-1.6db,几乎是难以接受的,一定要用于160m波段话,可以考虑增大间距或者把振子加长。综上所述,三单元的电路负载,切换方向也不那么自由,带来的效果不那么吸引人,所以推荐使用2单元阵列。
离线BA5CW
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5025
只看该作者 50楼 发表于: 2021-04-30


上图给出更为实用的例子,用三根直立组成的2单元阵列,可以切换6个方向,馈电同样适用于50欧姆和75欧姆馈线体系。

在不改变任何物理尺寸和馈线长度前提下,80米波段使用时相当于延迟150°,160米波段使用时相当于延迟165°:

1:下图20M 2单元的参考数据,如果只用两个振子固定南边方向架设的方案,在20m波段的方向上也还是比较实用的。

2:下图是10米间距2EL阵列和占地10对角线的K9AY的对比,考虑到K9AY主要用于80米波段以下,在80米上的数据2单元阵列在增益小了7.8dB,前后比好了2dBRDF好了1.5dB,在接收效果上是优于K9AY的。


实际上有源天线的增益会比计算的大,如果在设计针对的40m波段上对比,即使不考虑有源增益(13.98-11.62=2.36dB),2.5m长的2单元有源阵列天线增益也超过了K9AY

3:下图模拟了标准50欧姆馈电体系下,天线阻抗匹配偏离到25欧姆和75欧姆的对比: 天线本身的阻抗对方向图影响不算大,而且天线阻抗设计比较大的话,更有利于增益提高。
[ 此帖被BA5CW在2021-04-30 14:49重新编辑 ]
离线BA5CW
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5025
只看该作者 49楼 发表于: 2021-04-30
短振子(2.5m)有源天线的应用——两单元阵列


90°-150°不同移相角度的方向图,选110°到120°之间相对平衡

上图显示了两单元阵列在不同移相角度时的方向特性,90°时增益最大(-11dBi),作为接收天线从方向性考虑用110°-120°偏向优化前后比(FB),可能比较合适;当移相角度大于等于120°后方向系数(RDF)更优,但前后比稍差,根据噪声的方向特性,尤其是背后噪声不大的时候可以考虑使用更大的移相角(更短的移相线)。各种选择都有一定理由,不用太纠结移相精度。



7兆为例作基础设计,振子长度2.5m,计算时未考虑有源增益,只做无源匹配,振子间距10米,后面的振子直接馈电,前面振子用馈线延迟120°馈电,实际使用180°变压器反向后接60°移相线,移相线长度取略大于6.7*缩短系数(假设缩短率为0.72,实际馈线长度=6.7*0.72,约为5米,基本上等于振子间距的一半长度)。如上图,采用的是50欧姆馈电体系,电路设计可以切换前后两个方向,如果用75欧姆体系,所有馈线都改用75欧姆即可。

[ 此帖被BA5CW在2021-04-30 14:28重新编辑 ]
离线BA5CW
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5025
只看该作者 48楼 发表于: 2021-04-30
去年这个时候,心里想着的是如何恢复上路湾的BY5CD,写下的内容虽然是给其他竞赛台参考用的,但其基本考虑还是基于上路湾建设的思考, 转眼过去一年时间了,懒人的习惯占了上风,后来选择了离我很近的海盐BY5EA做主场,也让我体会了没有了地形优势后真实困难,去年这个帖子上的分析已经很清楚地表达了这种差别是巨大的,可真的设身处地后,还是有很大的失落感的。不过光感叹是没有用的,业余爱好本来就是因地制宜,如何发挥好现有条件才是王道。

回过来说说去年一直心心念念的接收阵列,由于自己动手能力太差,或者说因为工作的原因,已经把我培养成了一个动口不动手的“假君子”,这个阵列的事情就放下了,直到上个月的WPX SSB比赛前,BD4CB对有源天线组成的阵列系统有强烈兴趣,我给了一个快速解决方案,最终由BD4CB在比赛过程中安装完成,但是效果不好,问题点有好几个,其中我们偷懒使用成品miniwhip作为有源天线是个很大的问题。因此最近一个 月把精力集中到了高性能有源天线的单体制作上,初步测试还比较成功。

在测试过程中,想到了大多数人没有架设8环阵列的场地,需要考虑地方受限的普通爱好者的应用,所以我花了点时间做了有源短天线的各种应用和性能评估,作为本贴的一个延续。
离线bd2mc
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376
只看该作者 47楼 发表于: 2020-05-15
回 BA5CW 的帖子
BA5CW:续35楼
160m波段分析
160m波段的硬件思路基本上和80m是一样的,按理说160m是更难的波段,应该做更好的硬件,但由于天线尺寸,场地限制,很难做得比80m好,其实大多数人包括竞赛台在内都面临 .. (2020-05-05 12:32) 

学习啦! 经验教程好的很!
星空的闪电
QQ:327755217
E-maill:bd2mc@qq.com
QTH:
邮编:
离线bd1iij
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273
只看该作者 46楼 发表于: 2020-05-15
完整攻略,可以让大家少走很多弯路
离线bg6gqe
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912
只看该作者 45楼 发表于: 2020-05-15
好帖,学习
QTH BENGBU CITY powerlyswc@gmail.com
离线BA6QD
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544
只看该作者 44楼 发表于: 2020-05-14
非常感谢分享!思路清晰、理论实践结合。很好的范例
体谅Considerate、忠诚Loyal、进取Progressive、友爱Friendly、适度Balanced、爱国Patriotic
BA6QD
离线BA7NO
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4293
只看该作者 43楼 发表于: 2020-05-14
报名2022 OP
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