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常见短波天线比较(摘自:台湾CQ杂志) [复制链接]

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离线bg6idi
 
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只看楼主 倒序阅读 0楼 发表于: 2004-10-17



對居住在都市裏的火腿而言,要針對每個 hf 的業餘波段一一架設單頻段天線幾乎是不可能的事,因此良好的頻段多的天線一直是大家日思夜想的答案。本文主要比較常見的 hf 頻段天多線,做為選擇天線系統的參考。

一、random length wire
簡述: 在能力所及的範圍盡可能的架設一條長的電線,利用 antenna tuner (簡稱 atu, antenna tuning unit )來獲得諧振以及匹配。
優點: 結構簡單(不嚴格的說)。
缺點: 天線從 atu 之後就開始輻射電波,而 random length wire 的架設方式通常 會有一部分天線位於室內,如果用高功率發射很容易干擾室內的電器。例如以 前我使用 25.9m 長的 random length wire,在 3.5 mhz 用 100w 發射,房 間裡的電視就會出現雜紋。反過來說,在接收的時候,室內的干擾源很容易進 入天線,令人感到相當討厭。
架設重點: 天線要盡量拉長。
必須要有良好的射頻接地系統,否則效率會大打折扣。
必須要有 antenna tuner。

適用時機: 單純做為接收天線。
短期間的移動通信、緊急通信。
特別適合在容易獲得良好接地的地點架設,例如海邊或船上的電台,只要將地線丟進海水裡就可以了。





二、trap antenna
簡述: 利用電感及電容所形成的陷波網路達到低通、帶阻的效果,彷彿在天線上裝了數個隨頻率自動切換的開關來改變天線的長度。市面上販售的多頻段 v-dipole、gp 以及含有陷波網路的 yagi 都歸為此類。
優點: 調整好以後,在所設計的頻率可以有良好的諧振及匹配,通常不需要 atu 就可以使用。
架設簡單(yagi 除外)。
陷波網路有低通或帶阻的效果,因此天線的 q 值提高,可以大量抑制使用頻段以外的信號進入收發機,具有提高 s/n 比的效果。

缺點: 自行製作電感及電容或許並不是相當困難,但要精確達到所要求的數值 並非人人都做得到,而購買成品也不是很便宜。
調整需要耐心及經驗才能獲得最好的效果。
綜合以上兩點,大部份自製天線大都無法將天線調整至原先所期 望的頻率,而且 trap 越多,失敗率越高。
天線的 q 值高,所以使用頻寬縮小,在設計的頻段以外幾乎不能使用。
天線短縮,通常會使效率降低。若陷波網路製作不良,效率會更低。
線圈的重量使得天線變重、陷波網路與輻射體的連接點多。以上兩點會增加 架設及製作的難度。

適用時機: 不打算使用 antenna tuner。
架設環境不允許複雜的天線系統。
trap dipole 適合移動通信,但必須確保有強固的支撐點來支撐天線的重量。
trap gp 在海邊和船上都有不錯的效果。





三、discone antenna
簡述: 號稱最高與最低可用頻率的比值高達 10: 1 (可用的意思是 vswr < 3 ),天線的形狀就像是個圓錐體上面頂著一個圓盤。
優點: 可用範圍極寬而且連續,減少操作的麻煩。只要一支天線就可以涵蓋常 用的範圍,最適合 vhf ~ uhf 接收使用。例如一隻設計於 90 mhz 的 discone,其使用範圍為 90 ~ 900 mhz,從 fm 廣播到大哥大完全包辦 。
理論上,在 4:1 的頻率範圍內,輻射仰角還不算高,適合 dx 通訊。

缺點: 在 hf 頻段實用的 dicone 所佔的空間及面積相當龐大,結構複雜,架 設困難。除非有足夠的架設環境,否則等於空談。
頻率越高,輻射仰角偏高,不適於遠距離通信。
沒有增益,對 vhf/uhf 而言就難以達成遠距離通信。

適用時機: 在 hf 必須有足夠的空間才有可能架設。
做為 vhf/uhf 頻段的接收天線。





四、loop antenna
一個波長的 loop antenna 可以在其倍頻獲得諧振,而業餘頻段通常成倍頻的關係,所以適合拿來作為多頻段天線。例如在 7mhz 為一個波長的 loop antenna (長度約為 41m )可以使用在 14、21、28 mhz,已經涵蓋了常用的 hf 業餘頻率。理論上,loop antenna 最好是垂直架設,但為了多頻段使用就要架設低頻段 loop(例如 7mhz),這麼大的 loop 實在難以垂直架設,所以實際上只能做到水平架設。

有一點要特別注意的是:每個人的架設形狀以及架設環境並不完全相同,倍頻使用雖然可以獲得諧振及匹配,但不保證一定有利於遠距離通信。依照經驗,水平架設的方形 loop 通常不會有這個困擾。由於受到環境的影響(架設太低、周圍有建築物等),在倍頻使用時,vswr 會升高,但通常不會高於 3,使用 atu 可以輕易的改善這個問題。實際的通信效果也不會令人失望,只要傳播狀況不是太差,一樣是打遍大江南北。美國的 aa0sh 曾利用牧場圍籬的支柱,離地面一公尺架設了長約 165 公尺、寬約 73 公尺的長方形 loop (總長約 476 公尺),據說效果也不錯。如果你有足夠的空間,倒是值得一試。




五、五線譜 dipole (fan dipole) 或 gp
簡述: 把不同長度的 dipole 間隔 5 ~ 10 公分平行架設,然後饋入同一個饋電點,只要用一條同軸電纜接到無線電機就可以多頻段使用。同理,將它架設成 gp 也有不錯的效果。
優點: 製作簡單、價格便宜、調整不困難、堅固耐用。
缺點: 當使用的頻段增加,dipole 的數量增加,天線的風阻很大。
適用時機: 特別適合初次製作多頻段天線的新手製作。
環境不允許架設太複雜的天線。
不打算使用 antenna tuner。
這是一支簡單、實用的多頻段天線,值得廣為利用。





六、doublet antenna
簡述: 外觀和 dipole 相同,不過天線本體的長度不限,只要確保兩邊等長就可以了,而且使用平行饋線來傳輸,在進入 atu 之前要用 1:1 的 balun 做平衡不平衡的轉換。如果不使用 atu,天線是否匹配取決於天線本體一邊的長度與傳輸線的長度和,所以只能在某些頻段匹配,大部份頻段處於高駐波比,因此一定要使用 atu tuner 才能達成多頻段操作。
優點: 架設簡單、重量輕、堅固耐用、價格便宜。
使用平行傳輸線,傳輸線的衰減量極低。
只要天線本體不是太短,通常有不差的效果。

缺點: 在某些頻率的 vswr 可能會很高,相當難調諧。
完全要仰賴 atu 才能操作,在操作上比較煩。

適用時機: 移動通信。
有足夠大的架設環境(10m 寬以上)。
平行傳輸線的衰減量極低,若為了獲得良好的天線架設位置,天線位置離無 線電機相當遠也沒關係。





我對以上天線的總評
對 vhf/uhf 頻段的天線而言,因為其波長比較短,所以可以在小空間內針對 144/430/1200 mhz 分別架設高增益天線,大可不必為了業餘通信去架設多頻段天線。若是為了接收,則可用範圍是首要選擇,所以除了 discone 不做他想。

在 hf 頻段主要靠天波來傳播電波,通信效果主要取決於傳播狀況,而且除了 yagi 或 quad array 以外,以上這些天線的增益都不大,所以不需將增益列入考慮。因此選擇 hf 的多頻段天線系統通常會考慮下面幾點:

天線的可使用頻率是否可涵蓋你所常用的頻段?
天線製作的方便性
架設環境是否許可?
架設是否方便?
日常操作的方便性:更換頻段是不是需要重新調整 atu?
天線的製作成本貴不貴?
天線的通信效果如何?
投資報酬率是否可接受?
以上種種因素的考慮權重因人而異,所以沒有所謂最好的 multi-band antenna,只要在你能力範圍裡面能滿足你的需求,就是好天線。

以我個人的狀況而言,80m 全波長的 loop antenna 是我的第一選擇,再來是 doublet antenna ,第三是五線譜的偶極天線或是 gp,第四是 trap antenna,第五是 random length wire。至於 discone antenna 我會把它當作我的夢想,因為它是真正能夠涵蓋極寬廣的頻率範圍而且聽說通信效果不差,要是的環境許可,我倒是願意一試。