1/2波长双极天线(Dipole,简称D.P天线)是最为常见短波天线之一,也是其他天线的基础。因为其构架简单,调试容易,成功率高,得到了HAM们的广泛推崇。由于居住环境的限制,在没有条件安装大型、多波段定向天线的情况下,简单的D.P天线成为了爱好者架设天线的首选,初学者一般都是从单波段D.P天线开始入手ONAIR(通联)。在获得与国内外爱好者通联的成就感之后,大家可能最先想到的就是如何增加波段,或者改造现有的单波段天线,拓展天线的覆盖频段,以适应不同级别的频率操作范围。本文就为大家介绍一种拓展了频率范围的5波段偶极天线,可工作于80m、40m、20m、15m、10m五个波段。该天线的特点是,占用空间相对较小,DIY容易,适合爱好者制作。天线设计的宗旨:尽量少用Trap(陷波器)或者缩短线圈;尽量水平架设;尽量不用扇形结构,从而减少占用空间,减少对天线辐射仰角和方向的相互影响,提高天线的辐射效率。因此,改天线只用一个7MHz的陷波器,10m、20m、40m为自然谐振,15m为40m三次倍频自然谐振;80m单独架设实在太长,因而加入了陷波器,比原尺寸缩短了许多。
制作基本材料
天线振子用14#硬铜线若干米(公式:半波长为142.5/f);40m天线振子:10.10m+60cm;20m天线振子:5.01m+35cm;10m天线振子:2.53m+35cm;80m天线振子:1.5m+15cm;绝缘子:2只;1:1巴伦1只,如BU-50或者自制;天线振子分离器:F12.7mmPVC管一根,截为22cm×6(只),13cm×6(只);陷波器:在直径40mm,长270mm的PPR管上,用F0.9~1.2mm高强度漆包线绕68圈。
天线的基本形式
天线的基本形式如图1所示,为三线平行的基本结构。
巴伦的自制
如果第一次尝试架设D.P天线的话,建议购买成品巴伦BU-50等。磁环选用外径45mm、内径25mm、厚8mm、导磁率m为60以上的国产或者进口磁环均可。如图2所示,用RG-58的优质50Ω铜轴电缆正反绕制12圈形成。当然您也可以用直径0.9~1.2mm漆包线三线绞合,在磁环上绕6~8圈(具体制作略)。或者用同轴电缆绕制空芯巴伦3.5~30MHz(这种绕制方法的圈数多少并不重要,关键是电缆的长度)。具体制作方法见图2。
巴伦与振子间的连接
振子两端要用接头,要在压接的基础上进行可靠焊接,然后用不锈钢或者铜螺栓固定。振子间用F12.7mmPVC管或者其他高频绝缘材料支撑;振子从支撑分离器中穿过(两端各留2cm),然后用直径2mm漆包线捆扎结实,防止移动,天线变形,如图3、图4所示。
天线振子末端与绝缘子的连接本天线振子的连接与爱好者常用的W-8010不同。它不需要每个波段专门连接40cm的修剪(尾巴)线段。只需要结一个扣,多余的部分沿振子折返回来,用捆扎线捆好即可,不要留有任何尾巴,见图5。
巴伦与陷波器的连接
为了在40m振子上增加80m波段,天线使用了陷波器,因此巴伦与陷波器之间的振子连接有一个中间的过渡,与10m、20m单一振子连接有所不同。这种结构的目的同样是为了便于天线修剪,天线谐振频率的调整,不需要剪短(掉)天线。其方法是:天线振子穿过陷波器连接孔(螺丝),然后沿振子返回来,最后用螺栓固定在陷波器上,见图6。
天线的架设
为了取得较好的收发效果,天线无论架设在楼顶,还是地面,基本要求都是架设得越水平、越高越好。同时天线要远离高大建筑物、铁塔和高压线路。如果条件有限,也可以进行倒V形式的架设,天线立杆高度至少8~12m。为了安全,天线两端距离地面要求在3m以上。天线两臂的夹角越大越好,最小也不得低于90°。必要时,天线的立杆可以用绝缘绳打固定拉线,防止意外发生。
天线的调试
天线架设完成之后,最重要的事情就是对天馈系统的测量。
首先测量自制巴伦的基本特征。给巴伦连接好50Ω假负载,输入100W的功率。检验3.5~30MHz频率范围间的阻抗,一般要求SWR小于1.5。
其次,对50Ω馈线测量,确保所选馈线质量可靠。比如有没有进水,有没有断路、短路等,必要的时候可以进行损耗和阻抗的测量。爱好者应尽量选用优质馈线,低损耗馈线,比如藕芯、发泡绝缘介质的馈线。普通馈线也要求尽量选用50-7、50-9型号以上的50Ω馈线。
第三,要对天线进行测量。最好的方法是在天线上对每个波段的谐振频率进行测量。有条件的可以用天线分析仪测试天线的阻抗、驻波等指标。没有条件的可以在连接好天线的基础上,在馈线的末端利用驻波表进行在线测试。在线测试由于加入了馈线的电抗成分,测量出来的指标并不能真正反映天线的实际阻抗和谐振频率,因为馈线的长短、阻抗大小、损耗会参与并影响天线分析的准确性。但一般说来,爱好者在天馈线末端,简单地利用驻波比表进行测量、调试也能取得较好的效果。
天线修剪基本方法
1.调试首先从最高波段的振子开始,调整每个波段的谐振频率。10m、20m波段只需要调整绝缘子一端线段的长短即可。方法是将天线振子末端导线在绝缘子(天线绝缘分离器)上系一个活扣,根据测量的结果同时增减天线两臂末端导线的长短。谐振频率低了,要适当缩短天线振子的实际长度;谐振频率高了,要适当增加天线振子的长度,具体方式可以参照图5。修剪天线,不需要用剪刀,更不需要将多余的部分剪掉,只需要将折返回来的导线沿振子捆扎好即可,千万不要留有悬空的"尾巴"。
2.10m、20m波段调试完成之后,我们就可以继续调整40m波段的谐振频率,方法见图6。根据测试谐振频率的高低,天线两臂适当增加或减少天线的长度。修剪天线长度的时候,不用卸载振子的电气连接,只需要按图6将折返线段端适当延长或者缩短即可。
3.80m波段的调试。由于40m与80m相关联,因此40m调试好之后就不要再动了。同时,80m由于加入了陷波器,谐振频率会稍微窄些,因此调试的时候,天线两臂在陷波器之后的长短需每2cm修剪一次。10m、20m、40m一般情况下非常好修剪,SWR很容易达到我们期望的1.5~1.1以下。如果40m调试得很好,一般调试其谐振频率为7.050MHz,那么15m波段不用专门修剪,会很容易达到1.5左右的驻波比。
4.天线由高至低调试完成之后,再对每个波段的谐振、驻波情况进行复查,看看相互之间有无任何影响,先前调试好的波段是否发生了明显的变化。如果高段与低段牵扯较大,还需要进一步按照上面的步骤进行分析、测试和调整。
天线调试是一个很繁琐的工作,天线需要不断地放下、升起、反复修剪才能达到一个良好的效果。制作一款自己满意的天线不是照本宣科、按照公式计算好、架设上去就可以顺利工作的,商品天线也是如此,因此我们必须不厌其烦,CutandTry!俗话说:好天线不是做出来的,是修剪出来的,就是这个道理。另外一方面,修剪天线振子,在设计、计算时就要留有余地。天线长点还好说,短了就很麻烦,不仅需要焊接,而且强度都是个问题。同时,室内外人员要相互配合,在线测试时,人员要远离天线振子,避免人体干扰影响测试结果,在楼顶调试时人员要精力集中,注意人身安全。
这款天线爱好者在实际架设、运用中,可能会感到天线的长度与实际测试结果出入很大,这都是正常现象。因为天线振子的材质、架设的高低,周边环境、地面等不可测因素的影响,都可能极大影响天线的谐振频率。而我们大家使用的(驻波天线)都是谐振天线,其谐振频率的高低最终决定于天线长短。在我们不能改观现有条件的情况下,我们只要反复细致调试,多波段偶极天线始终是一个人人都会做,个个都能成功的天线。根据驻波或者阻抗的大小,天线两端1cm、1cm的反复修剪,一副振子没有上上下下无数次的辛劳是很难达到设想的工作频率的。下面有一个修建D.P天线的基本计算公式,笔者架设天线的时候,经过计算,一次修剪就达到了期望的工作频率,且SWR低于1.5。例如:假设我们的设计工作频率为14.270MHz,经测试,20m天线达到SWR最小值的谐振频率是13.875MHz。我们可以用一个可编程计算器,或者在电脑上编写一个小程序,现场计算,即时修剪。
La为修剪振子的长度,其值为正时缩短振子长度,其值为负时增加振子的长度;fo为设计工作频率;fa为实测得到的谐振频率。公式为:根据计算得知,20m波段应修剪长度La为0.2842m,即振子两臂,每边缩短0.2842/2=14.21cm。