完整天线手册

蒲贵强1

天线的特征
完整天线手册
架设高度 天线有一个架设高度。这个高度实际上是两个高度，一个高度我们斟酌它的程度面高度，这个高度对于本地信号有些用，对于DX实在用途不大。第二个经常被忽略的高度是地面高度，是指天线到电气地面的高度。比方架设在钢筋水泥房顶的天线，虽然屋子高有20米，但是天线距房顶只有1米，那么这付天线的高度只是1米。 天线的高度对不同的天线有不同的影响，一般会影响天线的阻抗和仰角。通常我们以为天线的地面高度应在0.4个波长以上，才比较不受地面的影响。
电离层发射波 这是指电波通过电离层的发射到达接收方。这里面的花样很多。电离层本身是有多个档次的，支撑短波（1.8MHz到30MHz）反射的电离层是F1和F2层。F1和F2并不是情愿反射所有的无线电波，它们能反射的最高频率是有限的，超过这个频率的电波完全得不到反射，而是穿过电离层射向太空。如果没有这个特性，那么通讯卫星就不可能存在了，通讯卫星就是在电离层外工作的。这个最高频率叫作MUF（Max Usable Frequency）。 MUF与很多因素有关，主要是和太阳黑子活泼程度以及节令有关。太阳黑子活跃，MUF就高，气象热，MUF也高。MUF最高能高到多少呢？一般在太阳黑子活跃期的夏天，MUF在20MHz到 40MHz之间，很少超过50MHz。在低的时候甚至会低到10MHz以下。但是在太阳黑子异样活跃的时候，MUF也有可能偶尔达到100MHz。这时候，就有可能通过F层发射收到DX FM了。但是这不是FM DX的主要形式，FM DX主要是通过另外一个电离层E层。本来E层的涌现是损坏F层，所以我们不妨记F层为Friend层，E层为Enemy层。但是Es层的出现，却会构成一个短期内密度极高的反射层。反射层的密度高，意味着能更好地反射电波。所以Es层开通的时候，DX电台的信号会异常地强。在6米和10米业余波段工作的业余电台都知道， Es层开明的时候，很小的功率，甚至5W，也有可能做DX联系。Es的开通，主要是供给了 800km以内电波的传播门路。由于信号很强，其实许多时候并不需要很好的设备就可以接收，需要的是耐烦和福气。除了这两种反射，FM DX还有可能通过对流层反射和流星余迹到达你的接收机。
仰角 天线的仰角是指电波的仰角，而并不是天线振子自身机械上的仰角。仰角反映了天线接收哪个高度角来的电波最强。对于F层传播，我们希望仰角低，可以传播地远，对于 Es层，电波主要是从高处来，我们希望仰角高。 仰角的高下取决于天线型式和架设高度。一般来说，垂直天线存在低仰角，其他天线的仰角随架设高度变更。
方向性 不是所有的天线都有方向性的。便携式收音机上的拉杆天线就不方向性。偶极天线有弱的方向性，八木等定向天线可以得到较好的方向性。好的方向性意外着可以集中收集所需方向的电波，还有一个重要的才能就是能局部地削弱本地电台信号的影响。 但是定向天线并不是什么情况下都好。当没有目的而期待的时候，定向天线就有可能使你错过天线反面的信号。所以比拟公道的方式，是用一个垂直天线和一付定向天线配合应用，用垂直天线等候，听到信号后，再用定向天线转从前对准了听。
阻抗 天线可以看做是一个谐振回路。一个谐振回路当然有其阻抗。我们对阻抗的请求就是匹配：和天线相连的电路必需有与天线一样的阻抗。和天线相连的是馈线，馈线的阻抗是断定的，所以我们希望天线的阻抗和馈线一样。一般出产的馈线，主要是300欧姆、75欧姆和50欧姆三种阻抗，国外过去还有450欧姆和600欧姆阻抗的馈线。 根本偶极天线的阻抗是75欧姆左右，V型偶极天线是50欧姆左右，基础垂直天线阻抗 50欧姆。其余天线一般阻抗都不是50或75欧姆，那么在把它们与馈线连接之前，需要有一定的手腕来做阻抗变换。
平衡 对称的天线是平衡的，如偶极天线、八木天线，而同轴电缆是不平衡的，把这两者衔接起来，就需要解决平衡不均衡转换的问题。
带宽 这也是一个重要但轻易被疏忽的问题。天线是有一定带宽的，这象征着固然谐振频率是一个频率点，但是在这个频率点邻近一定范围内，这付天线的机能都是差未几好的。这个规模就是带宽。 我们当然盼望一付天线的带宽能笼罩一定的范围，最好是咱们所收听的全部FM广播波段。要不然换个台还要换天线或者调天线也太麻烦了。 天线的带宽跟天线的型式、构造、资料都有关联。正常来说，振子所用管、线越粗，带宽越宽；天线增益越高，带宽越窄。
增益 天线是无源器件，但是天线是可以有增益的。这个增益当然是相对增益，是绝对于基本偶极天线而言的。FM DX所用的天线，当然希望增益越高越好。不过别忘了，增益高往往随同着带宽窄。
电波 在讲天线之前，不能不先提一提电波。 我们制作天线的目标是为了捕获电波，因而，在考虑天线的问题之前，相对有必要先研讨一下电波的问题。 FM广播波段，频率上是从87.5MHz到108MHz，对应的波长是3.4米到2.7米，一般称做3米波段，是VHF（Very High Frequency）的一段。这个波段以下，54MHz到87.5MHz是电视广播波段，以上，108MHz到136MHz是航空通信波段。VHF波段的电波传播，主要有三种道路：
天线是FM DX的耳朵，幽微的电波从天线经过馈线进入接收机，才干让我们听到远方电台的声音。一个接收系统的好坏，天线占了一半。我们生机天线能有高的增益，把微弱的信号变得洪亮，我们希望天线能有一定的抉择能力，把传呼台烦扰和本地强台挡在外面，我们愿望天馈系统尽量减小损耗，把每一微伏的信号都送到接收机的前端。 对于大多数使用便携式收音机来收听FM DX的人说，他们的天线也许只是收音机上的拉杆天线，这样的天线虽然简略便利，但是对FM DX来说，无论如何是不够的，只管拜电离层的赏赐，这样的天线系统也不是没有可能接收到DX信号。 我将介绍一些常见而且容易自制的天线，这些天线能够用我们日常生涯中容易得到的材料制造。我会逐个制作这些天线，将制作的过程拍成照片，并给出尽可能具体的尺寸数据。尽管我在制作进程中会动用天线剖析仪甚至是综合测试仪等装备，但是我将告知读者不使用这些昂贵仪器的调试方式。至少，完全依照我的材料、尺寸总不会错。
地波和大气波导 原来来说，实践上VHF是不存在地波的。但是无数的实际表明，VHF 也存在着某种水平的地波传播。所以我们能稳定地接收200km左右电台的信号。江苏和安徽两省的业余电台，每年国庆的时候都进行全省VHF挪动通讯试验，也证实了VHF电波可以在200km左右的距离得到传播。大气波导是另外一种可能传播VHF电波的手段，不外人们研究得还不够多。 既然存在着这些可能，那么如何晓得我收到的信号是以什么方式来的呢？一般来说，如果收到的信号来自70km以内的电台，基本上可以认为是直接波；如果是200km以内，而且信号稳固（不一定强），那么或许是地波；如果是800km以内，信号很强，但是极不稳定，而且偶然才呈现，多半是Es层传播；如果距离更远，信号很弱，大略是F层或其他情势的电离层传播了。 知道这些有什么用呢？用处在于辅助我们取舍对天线的要求。好比，F层的传播有一个特色是越距，大概500km以内的电台是不可能通过F层的传播来的，这个距离内的电台信号只能以Es层来。就象在杭州想要接收台湾的FM电台信号，只能PNP（Plug and pray），等 Es层，那么天线就要考虑合适Es层的特点。 还有一个很重要的因素是极化方式，这是很容易被良多爱好者忽略的问题。电波的极化方式有三种：水平极化、垂直极化和圆极化。无论理论上怎么盘算，简单的断定办法，就是看振子的方向，振子是水平放的就是水平极化，垂直的就是垂直极化，圆极化不必在 FM广播，可以不论。极化方式之所以重要，是由于要求发射方与接收方的极化方式必须一致，能力有好的接收后果。我国广播的极化方式是水平极化，所以，接收天线也应水平架设。如果极化方式不一致，会有10dB到20dB的损失。可是，经过电离层的反射过来的电波，早就被反射得七荤八素、神魂颠倒，说不定是什么极化方式了。所以，接收DX信号，其实垂直极化也不错，附带的一个利益，就是可以减弱本地电台的影响。
直接波 这是指从发射天线到吸收天线之间，不经由任何发射，直接达到，电波就象一束光一样，所以有人称它为视线传布。视线传播这个名字也表明了这种流传方法可能传播的间隔不远。这有两个起因，首先是电波从发射点动身，其能量是以幂级数递减的，而接收机要能良好地解调出播送，须要必定的信号强度。所以太远的处所，信号太弱，不足以解调。假如只是这个原因，那么拼命进步发射功率或增加接收天线的增益，兴许就可以扩展收听的范畴了。然而，还有一个主要的问题是，地球是圆的，在地球上任何一点发出的电波，按直线前进的方向，终极将分开地球射向天空。重要是因为第二个原因，个别地讲，地面上一个发射台发出的直线波，只能传播到70km远处地面上的接受处。如果双方的高度增长，那么这个距离还能够增添，但老是有限的。所以，70km，是本地收听的极限，实际上，因为山脉、丘陵、屋宇的拦阻、反射，这个距离还要大打折扣，普通可以估量的距离是35km。
共振 任何天线都谐振在一定的频率上，我们要接收哪个频率的信号，就希望天线谐振在那个频率上。天线谐振是对天线最基本的要求，要不然，就没那么多讲求了，随意扔根线出去不也是天线嘛。 天线的谐振问题波及到的主要数据是波长及其四分之一。计算波长的公式很简单，300/f。其中f的单位是MHz，而得到的成果的单位是米。1/4波长是称作基本振子，如偶极天线是一对基本振子，垂直天线是一基础本振子。 不过天线中的振子的长度并不正好是1/4波长，因为电波在导线中前进的速度与在真空中的不同，一般都要短一些，所以有一个缩短因子。这个因子取决于材料。
驻波比 最后先容这个最不被中国的喜好者熟习的特点。 驻波比反应了天馈系统的匹配情形。它是以天线作为发射天线时发射出去和反射回来的能量的比来权衡天线性能的。驻波比是由天馈系统的阻抗决议的。天线的阻抗与馈线的阻抗与接收机的阻抗一致，驻波比就小。驻波比高的天馈体系，信号在馈线中的丧失很大。