完全天线手册

2011-04-18 12:00:21来源: 互联网
天线是FM DX的耳朵,微弱的电波从天线经过馈线进入接收机,才能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。我们希望天线能有高的增益,把微弱的信号变得响亮,我们希望天线能有一定的选择能力,把传呼台干扰和本地强台挡在外面,我们希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,这样的天线虽然简单方便,但是对于FM DX来说,无论如何是不够的,尽管拜电离层的恩赐,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活中容易得到的材料制作。我会逐一制作这些天线,将制作的过程拍成照片,并给出尽可能详细的尺寸数据。尽管我在制作过程中会动用天线分析仪甚至是综合测试仪等设备,但是我将告诉读者不使用这些昂贵仪器的调试方法。至少,完全按照我的材料、尺寸总不会错。 

电波
在讲天线之前,不能不先提一提电波。 
我们制作天线的目的是为了捕捉电波,因此,在考虑天线的问题之前,绝对有必要先研究一下电波的问题。 


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是航空通讯波段。VHF波段的电波传播,主要有三种途径: 

直接波 
这是指从发射天线到接收天线之间,不经过任何发射,直接到达,电波就象一束光一样,所以有人称它为视线传播。视线传播这个名字也表明了这种传播方式能够传播的距离不远。这有两个原因,首先是电波从发射点出发,其能量是以幂级数递减的,而接收机要能良好地解调出广播,需要一定的信号强度。所以太远的地方,信号太弱,不足以解调。如果只是这个原因,那么拼命提高发射功率或增加接收天线的增益,也许就可以扩大收听的范围了。但是,还有一个重要的问题是,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,最终将离开地球射向天空。主要是由于第二个原因,一般地讲,地面上一个发射台发出的直线波,只能传播到70km远处地面上的接收处。如果双方的高度增加,那么这个距离还可以增加,但总是有限的。所以,70km,是本地收听的极限,实际上,由于山脉、丘陵、房屋的阻挡、反射,这个距离还要大打折扣,一般可以估计的距离是35km。 

电离层发射波 
这是指电波通过电离层的发射达到接收方。这里面的名堂很多。电离层本身是有多个层次的,支持短波(1.8MHz到30MHz)反射的电离层是F1和F2层。F1和F2并不是甘心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跃程度以及季节有关。太阳黑子活跃,MUF就高,天气热,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。但是在太阳黑子异常活跃的时候,MUF也有可能偶然达到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层的出现是破坏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,却会形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层开通的时候,很小的功率,甚至5W,也有可能做DX联络。Es的开通,主要是提供了 800km以内电波的传播路径。由于信号很强,其实很多时候并不需要很好的设备就可以接收,需要的是耐心和运气。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。 

地波和大气波导 
本来来说,理论上VHF是不存在地波的。但是无数的实践表明,VHF 也存在着某种程度的地波传播。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移动通讯实验,也证明了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,不过人们研究得还不够多。 
既然存在着这些可能,那么如何知道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,而且信号稳定(不一定强),那么大概是地波;如果是800km以内,信号很强,但是极不稳定,而且偶尔才出现,多半是Es层传播;如果距离更远,信号很弱,大概是F层或其他形式的电离层传播了。 
知道这些有什么用呢?用处在于帮助我们选择对天线的要求。比如,F层的传播有一个特点是越距,大约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,那么天线就要考虑适合Es层的特点。 

还有一个很重要的因素是极化方式,这是很容易被很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。不管理论上怎么计算,简单的判断方法,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,圆极化不用在 FM广播,可以不管。极化方式之所以重要,是因为要求发射方与接收方的极化方式必须一致,才能有好的接收效果。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、颠三倒四,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,附带的一个好处,就是可以削弱本地电台的影响。 

天线的特性

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,就没那么多讲究了,随便扔根线出去不也是天线嘛。 
天线的谐振问题涉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,而得到的结果的单位是米。1/4波长是称作基本振子,如偶极天线是一对基本振子,垂直天线是一根基本振子。 
不过天线中的振子的长度并不正好是1/4波长,因为电波在导线中行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。 

带宽
这也是一个重要但容易被忽略的问题。天线是有一定带宽的,这意味着虽然谐振频率是一个频率点,但是在这个频率点附近一定范围内,这付天线的性能都是差不多好的。这个范围就是带宽。 
我们当然希望一付天线的带宽能覆盖一定的范围,最好是我们所收听的整个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。 
天线的带宽和天线的型式、结构、材料都有关系。一般来说,振子所用管、线越粗,带宽越宽;天线增益越高,带宽越窄。 

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。我们对阻抗的要求就是匹配:和天线相连的电路必须有与天线一样的阻抗。和天线相连的是馈线,馈线的阻抗是确定的,所以我们希望天线的阻抗和馈线一样。一般生产的馈线,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。 
基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,基本垂直天线阻抗 50欧姆。其他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,需要有一定的手段来做阻抗变换。 

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,把这两者连接起来,就需要解决平衡不平衡转换的问题。 

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,是相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,增益高往往伴随着带宽窄。 
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没有方向性。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。好的方向性意外着能够集中收集所需方向的电波,还有一个重要的能力就是能部分地减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。当没有目标而等待的时候,定向天线就有可能使你错过天线背面的信号。所以比较合理的方式,是用一个垂直天线和一付定向天线配合使用,用垂直天线等待,听到信号后,再用定向天线转过去对准了听。 

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编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0418/article_7183.html
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