10米頻段是HF頻段中頻率最高的頻段,這個頻段有著許多神奇的特性,在傳播開放時由于電離層的衰減很小,即使只用很小的發射功率就能進行出人意料的遠距離的通訊。10米頻段因頻率較高,天線的尺寸較小,容易自制和架設,而且制作所用的材料成本低廉,只要按照一定的要求進行制作、架設和調整,即可自制出與產品天線相媲美的天線。擁有一條性能良好的天線比選擇一部性能優越的收發信機重要。在此筆者介紹四種容易制作,成本低廉,效果不錯的天線。
㈠1/2波長垂直天線
這種天線的基本結構是把兩條1/4波長振子上下垂直架設(如圖一)。天線在水平面上是無方向性的,可以隨時和360度各方向的電臺通聯。在垂直方向是約3~5度的低輻射角,天線收發的是垂直極化波,是一種適合作遠距離DX通訊的天線。
名 稱 | 規 格 | 數 量 |
鋁管 | 直徑15mm 長2.5m | 2 |
塑料管 | 電工用PVC內徑16mm長35cm | 1 |
毛竹或木桿 | 直徑40mm長5m | 1 |
銅螺絲 | 4mm x 25mm | 2 |
線耳 | 4mm用 | 2 |
U型夾 | 與主桿直徑對應 | 6 |
絕緣膠布 | 饋線防水用 | 若干 |
扎帶 | 固定電纜用 | 若干 |
●制作
天線所用的材料如表一所示,都是采用容易買到的廉價的東西,一般只要花上一個上午就可買齊。天線的支撐主桿采用約5米長的毛竹或木桿(主桿長一點對電波的輻射有利,但天線的機械強度會降低,要加拉線補強),毛竹要挑結實筆直的,若采用木桿最好要預先涂上幾層油漆,以提高耐侯性。把鋁管的一頭按照圖三中所示的部位和尺寸套著電工用PVC管鉆洞。用銅螺絲把塑料管和兩條鋁管振子連接固定起來。注意PVC管的一邊的孔是大一點的,以使螺絲頭能與鋁管接觸。把同軸電纜分別抽出約20mm芯線和屏蔽線,分別焊上線耳。把同軸電纜的芯線接到準備架設在上面的鋁管的銅螺絲上,把屏蔽線接到下面的鋁管的銅螺絲上。用絕緣膠布纏繞在接頭和同軸電纜上,使天線和電纜防水。用U型夾把鋁管振子固定在主桿上,U型夾可以利用舊的電視天線上的。同時用扎帶把電纜固定好。在鋁管振子頂上安上一個瓶蓋之類的蓋子,防止雨水進入鋁管振子里面。
天線的材料也可以利用你手頭上容易找到的東西代替。并且在架設時也可以依據實際情況進行變化。例如,若PVC塑料管不好找時,可以不用,只要使上下兩根鋁管振子相隔約5mm固定在主桿上,同軸電纜直接用銅螺絲和兩振子端連接就行了(如圖一中的示意圖),只不過這樣一來,天線的防水性能就會差一些,在下雨較小的地方估計影響不會很大。天線振子也可以用多種金屬材料來替代,如鋁型材、電工用鐵穿線管、細鐵水管和空調機銅管等等。U型夾可以用鐵絲或尼龍繩等代替,只要能把振子結實地固定在主桿上就行。主桿也可以采用1寸鐵水管,這時天線也可以如圖二那樣架設,天線振子和拉線構成上下1/4波長振子。拉線既有固定天線主桿的作用,又有作為天線地網的作用,拉線的絕緣子既可以用厚的環氧樹脂板加工,也可以用后面介紹的方法用塑料管等絕緣材料制作,這樣制作出來的天線同樣工作得很好。而且,天線樹立起來看起來就是十足專業天線的樣子。
●架設
把各部分組裝好以后,檢查固定連接是否結實,之后找幾個人幫忙,一起把主桿豎立起來。天線的架設地點對天線的性能很重要,應選擇開闊無阻擋的地方(如樓頂、屋頂等),盡量避開高壓線、電話線、電視天線、鐵架或其他金屬物體,以免互相干擾和影響。天線要盡可能地架高,以提高其效能。在天線未調整好之前,先虛固定或用人在下面撐著,等天線完全調整好以后,再對天線進行緊固定。一般若主桿靠墻固定,用兩三個Ω型的鐵卡分上中下三個地方固定,就能十分穩固了。若主桿沒有穩固的依靠,就要先想辦法固定主桿的底部使其不能移動,然后在用三到四條絕緣拉繩分別從三到四個方向把主桿拉穩。在放拉繩時要幾個方向同時平均用力,否則主桿會因受力不均勻而折斷,留一個人在主桿底監測主桿是否垂直兼作指揮,當同時把拉繩拉緊而且主桿垂直時,這時即使搖動主桿不會晃動,就可把拉繩固定。
●調試
這種天線的調整很簡單,天線架設完成后,在機器輸出端接上SWR表,通過調整上下振子的長度或者拉線振子的角度,對天線的駐波比(SWR)特性進行調整,使天線與饋線電纜獲得良好的匹配,以提高天饋線系統的效率。
㈡1/4波長縮短型天線
在移動運用或架設地方狹窄,使用上面介紹的全尺寸天線就顯得龐大;一些住在樓房的業余無線電愛好者,由于種種原因不能在樓頂上架設天線,這樣架設天線就成為一件非常令人傷腦筋的事情。因為在鋼筋水泥樓房的室內是無法收發信號的。所以,可能的辦法是從陽臺或窗口伸出小型的天線進行QSO。1/4波長縮短型天線就是讓這些HAM也能實現DX QSO的夢想而設計的天線。
這種天線的結構和原理如圖四,是把原來1/4波長的振子縮短,并在振子的端部加入一個加感線圈,使得縮短后的天線的電氣長度與原來相等,而另一半振子通過接地實現。加感線圈上設置了若干的抽頭,用于對天線進行調整。若是打算把天線設置在固定的地方運用的話,也可以通過先試驗確定加感線圈的圈數,就不用抽頭,這樣天線就更美觀,耐候性也更好。
●制作
天線所用的材料如表二所示,理論上天線的振子越接近1/4波長,天線的效率越高,因此,在架設條件允許的話,鋁管應盡量的長。買的鋁管和塑料管最好選用使鋁管能剛好插進塑料管的尺寸,這樣不但加工方便,也使制作成的天線機械強度高。若打算把天線作移動運用時,鋁管可以用拉桿天線代替。先按照圖五所示的尺寸加工鋁管和塑料管。加工完成后就開始繞線圈,把漆包線一頭去掉絕緣層并用銅螺絲固定,在塑料管外間繞約20圈,隔3圈做一個抽頭(如圖五),刮掉漆包線的絕緣層再焊上裸銅線。一般鋁管振子越長,需要的線圈圈數就越小,當振子等于1/4波長(2.5米)時,就不需要加感線圈了。若要提高加感線圈的耐候性,當線圈制作完成后,在線圈外涂上環氧樹脂,若加感線圈沒有抽頭,也可用熱縮膠管密封。鋁管振子與線圈用預先焊好線耳的絕緣導線連接。
名 稱 | 規 格 | 數 量 |
鋁管 | 直徑15mm 長約1.8m | 1 |
塑料管 | 電工用PVC內徑16mm長30cm | 1 |
漆包線 | 直徑1.2mm長約1m | 1 |
銅螺絲 | 4mm x 25mm | 4 |
銅螺絲 | 4mm x 20mm | 2 |
線耳 | 4mm用 | 2 |
U型夾 | 與主桿直徑對應 | 1 |
絕緣電線 | 2mm長2.5m | 1 |
鱷魚夾 | 切換線圈抽頭用 | 1 |
●架設
為了使天線產生最大的效能,注意配合自己的陽臺或窗口,天線要盡量架設在遠離建筑物的位置。天線可以斜上45度地伸出去,當在上面沒有阻擋時可以垂直地設置,也可以水平地伸出去(如圖四),利用原有的涼衣架來固定本天線是個好辦法。由于這種天線屬于接地型的天線,接地的好壞會決定天線的性能和輻射效果,但要在陽臺或窗口上裝置真正的接地是不容易也是不現實的。可以試試利用陽臺的欄桿或窗口的金屬部分來代替接地看看。在靠近天線饋電點的地方鉆一個小洞,用自攻螺絲把電纜的外屏蔽層接上,最好外屏蔽層焊個線耳,這樣就可使連接既方便又牢固。連接好以后,要進行防水處理,防止日后生銹造成許多麻煩(如圖五的示意圖)。另外,也可以把電纜的外屏蔽層接上一到兩條2.5米長的電線來代替高頻接地,電線要盡量拉直,與天線振子成90到130度張開,以不影響美觀和他人為妙(如圖四)。
●調試
首先,接上SWR表,一邊改變加感線圈抽頭的連接,一邊測量天線的駐波比,若接地正常的話,駐波比應該可以下降到非常低的值。當調試到最低點仍嫌駐波比太大或者駐波比無法調小時,就說明接地有問題。檢查電纜的外屏蔽層和接地的連接是否可靠,作地線的電線伸展得是否足夠,天線的周邊是否有金屬物的影響等等。最后,還要確認一下所用的電纜是否50歐姆的。若在沒有駐波比測試儀器的情況下,只能根據接收效果來粗略調整,因為天線具有收發兩重性,接收效果好的天線,發射效果也是好的(當然反過來也是一樣的)。把接收機調到靈敏度最高,調整加感線圈抽頭,使接收到的噪聲或信號最強(最好能請本地的HAM發射信號協助調試),然后試改變作地線的電線位置或與天線所成的角度,尋找信號最強點。試發射信號,請本地的HAM確認你的信號強度,不斷調整加感線圈抽頭和地線位置直至對方接收到信號最強點。
這種天線不單可以應用在10米頻段,通過增加或減少加感線圈的圈數,還可以使天線工作于其他的業余頻段。當調試熟練后,轉換頻段只要轉換加感線圈的抽頭就可以。要獲得精細的調諧,就要制作更多的抽頭,或者采用天線調諧器。
㈢倒“V”型天線
垂直天線是沒有方向性的,能夠接收四面八方的信號包括干擾噪聲等。如果希望常與某個方向的電臺進行通訊,又或者需要避開某個方向的干擾的話,就可架設倒“V”型天線(如圖六)。倒“V”型天線的水平方向輻射圖是8字型的,天線在0和180度輻射最大;而在90和270度幾乎沒有輻射。倒“V”型水平天線收發的是水平極化波,而一般地面上的干擾大多表現為垂直極化波。因此,倒“V”型水平天線的接收噪音和抗干擾性能比垂直天線好。倒“V”型天線在性能上可能不如水平1/2波長偶極天線好,但這種天線所用的支撐主桿只用一根,安裝架設相對比較方便,調整也相對容易。
●制作
天線所用的材料如表三所示,先把PVC塑料管裁好,因為它只是作為絕緣和支撐的功用,因此也可以利用手頭的其他絕緣物代替。按圖七的尺寸鉆好洞。因振子并不太長,因此振子采用較粗的2mm絕緣導線制作,當然也可以用裸銅線或裸鐵線等代替。把作振子的絕緣電線焊上線耳,穿過塑料管上的洞打結固定好,把電纜和振子拉線連接好,做好防水措施后,就完成了天線的饋電部分的制作。再用U型夾把塑料管饋電部分固定在主桿上(如圖七所示)。絕緣電線的另一端穿過作絕緣子的塑料管后,先假固定,不要扎死結,以方便以后進行調整。導線可以先預留長一些,這樣就可避免發現振子短了以后要接長導線。在靠近天線饋電點的地方,把電纜以80mm的直徑繞成一個約9圈的線圈(如圖六),作為平衡-不平衡轉換器,然后固定在主桿上。當然也可以采用產品的平衡-不平衡轉換器,甚至不用。不過若不用平衡-不平衡轉換器的話,在電纜的屏蔽層外就有高頻電流流過而產生寄生輻射,不但擾亂天線的輻射方向圖,同時會引起TVI(對電視機的干擾)等干擾。絕緣子可以用其它絕緣材料制作,也可以干脆不用,用作拉線的尼龍繩直接打結綁住振子端頭,只是這種做法其耐久性差一點,但用作移動運用臨時架設時就沒有問題。振子的拉線最好采用金屬以外的材料,以免拉線影響天線的輻射。主桿采用4~6米長的毛竹或木桿(主桿不能過短,否則輻射效果會大打折扣)。主桿也有用鐵水管的,但據說金屬的主桿對天線的方向圖稍有影響,我沒有認真比較過差別。
●架設
名 稱 | 規 格 | 數 量 |
絕緣電線 | 直徑2mm 長約2.5m | 2 |
塑料管 | 電工用PVC內徑16mm長15cm | 3 |
尼龍繩 | 直徑1.75~2mm長7m | 2 |
毛竹或木桿 | 直徑40mm長5m | 1 |
銅螺絲 | 4mm x 25mm | 2 |
線耳 | 4mm用 | 4 |
U型夾 | 與主桿直徑對應 | 6 |
絕緣膠布 | 饋線防水用 | 若干 |
扎帶 | 固定電纜用 | 若干 |
各部分安裝完成后,小心豎立起主桿然后固定好主桿的底部。慢慢向兩邊拉開振子線,最好一個人拉一邊振子,一個人扶住主桿并察看主桿的垂直情況。振子拉好后先進行假固定,等完全調整好后再對拉繩進行緊固。兩邊振子應盡量在一個平面上(成180度)拉開,這個平面應正對著你欲通聯的方向。同時兩邊振子與主桿所成的夾角應盡量相等;天線的兩臂夾角應在90到120度之間,可以獲得最佳的輻射效果,同時可獲得與電纜的匹配。若夾角小于90度,兩臂的輻射會部分抵消,使天線的輻射性能變差。若夾角大于120度,天線將變成水平偶極天線的性能。振子端離地面或樓面的距離應在2米以上。若振子兩端太靠近地面(樓面),會產生電容效應,地面(樓面)會吸收損耗一部分電波。當主桿豎立垂直并拉好振子后,發現主桿不牢靠,應在主桿的適當地方加尼龍繩等絕緣材料拉線進行補強,以提高天線的安全性,對此絕不能掉以輕心。
●調試
制作天線振子的導線可以預留長一些,在兩端捆綁時留出一點線頭。天線架設完成后,接上SWR表大致測試一下天線的SWR,調整發射頻率,確定天線的諧振頻率,在發射信號調試天線時,功率要盡量減少,以免造成干擾和損壞發射管。若天線的諧振頻率偏低,可適當縮短振子的長度或使天線兩臂的夾角增大。縮短振子的長度時并不用真的剪短振子,而是把天線的端頭縮短后纏繞捆綁起來就可以(如圖七)。當發現天線的頻率偏高時,還可以放松出來。這樣,經過逐步地修整,可使天線的SWR最小。
當天線沒有加入平衡-不平衡轉換器或電纜自制的平衡-不平衡轉換器的圈數不足時,會出現兩臂振子的長度不相等,天線的SWR才能調好的現象。
天線調整測試時,人應遠離天線,否則天線調整的結果不準確。天線調試完成后,緊固好天線的固定點,確保天線牢固可靠。
㈣框型天線
框型天線不但有方向性,而且比偶極天線的增益高,因此接收和發射的效能更好。框型天線天線的周長約為1個波長,橫向支撐是用鋁管制作,為了左右絕緣,用PVC塑料管支撐饋電部分,縱向振子是用直徑2mm絕緣電線制作,調整線的長度可以使天線SWR降低(天線總體安裝圖如圖八所示)。框型天線的饋電和倒“V”型天線一樣是平衡的,所以在與50Ω同軸電纜連接時,要進行平衡-不平衡轉換。這種天線等效為兩條1/4波長垂直天線,水平面的方向性為尖尖的8字型。
●制作
天線所用的材料如表四所示,都是垂手可得的平常物品。購買材料時要注意鋁管的外徑和PVC塑料管的內徑配合。按照圖紙的尺寸加工鋁管和塑料管,用鋼鋸鋸開鋁管后在其端部會產生許多毛刺,使鋁管不能順利插入塑料管里,因此,要用銼刀磨去這些毛刺。把鋁管按圖九的尺寸插入塑料管內并略加臨時固定,然后把鋁管和塑料管一起鉆孔,這樣做的好處是可以使鉆出來的孔都能對位準確。但要注意的是,如果鉆頭不鋒利,再加上鉆的時候用的壓力太大的話,會使鋁管的鋁鋒口嵌入外面的塑料里,卡住鋁管而不能再拉出來。所有的孔鉆好后,拉出鋁管,按圖中所示在塑料管的一邊打四個大孔,以使螺絲頭能陷進去與鋁管接觸。完成各鋁管的加工和裝配后,把電纜接上并用絕緣膠帶把接頭和電纜頭等密封防水處理。依照圖八中的總體安裝圖所示把橫桿管子安裝在主桿上。兩根振子線預留稍長一點,線的一端先不要焊上線耳,等調整完成后再焊上。把振子線臨時固定在兩根鋁管振子之間。
●架設
全部元件都安裝妥當后,把同軸電纜以約100mm的直徑繞成一個約9圈的線圈,作為平衡-不平衡轉換器,用絕緣膠帶固定好形狀后,再用扎帶牢固地固定在主桿上(如圖八所示)。如果找不到U型夾,可以用鐵線等固定橫桿,但是調整時沒有U型夾來得方便。把整個天線架設起來后,若用的主桿太細會有頭重腳輕的感覺,這時就要另加絕緣拉繩固定。因為天線有方向性,若要求天線要隨時旋轉,就要考慮加上能使天線靈活轉動和鎖定的措施。一般的做法是先用角鐵焊接一個鐵塔架,里面安裝電動的旋轉器帶動天線旋轉。如若打算把本天線用于移動運用,可以預先制作并調試好各振子。為了攜帶方便,上部鋁管振子可以裁成兩截,即分成兩條長約1米的鋁管,使用時中間利用U型夾加補強條再把兩條鋁管駁接起來。攜帶時拆分成四跟振子連兩條振子線、螺絲、U型夾等,放入一個釣魚竿袋里。到設置地點, 把主桿豎起來,只需約二十分鐘就可架設起來使用,十分方便。
●調試
名 稱 | 規 格 | 數 量 |
鋁管 | 直徑15mm 長約2m | 2 |
塑料管 | 電工用PVC內徑20mm長50cm | 1 |
絕緣電線 | 直徑2mm 長約3.7m | 2 |
水管、毛竹或木桿 | 直徑40mm長5m | 1 |
銅螺絲 | 6mm x 25mm | 8 |
線耳 | 6mm用 | 6 |
U型夾 | 與主桿直徑對應 | 2 |
絕緣膠帶 | 饋線防水用 | 若干 |
扎帶 | 固定電纜用 | 若干 |
這種天線主要是靠調整縱向的絕緣電線長度來進行,接上SWR表大致測試一下天線的SWR,調整發射頻率,確定天線的諧振頻率。一般稍微切短預先留長的絕緣電線,就能在工作頻率上獲得最低的SWR值。等SWR調整完成后,再把線耳焊上,固定各部分螺絲,然后把全部螺絲連接處用絕緣膠帶進行防水處理,務求使天線能承受得住今后的風風雨雨。
以上所介紹的天線都是很適合入門級的業余制作的,不但材料的要求比較靈活,而且制作的重復性好,調試簡單而實用。改變天線振子的尺寸就可以應用在其他頻段上。很多朋友在星期天上午到五金店等把零件材料買齊,下午進行制作,傍晚找幾個朋友架起來,晚上就可以QSO了。對于喜歡玩移動通訊的HAM,可以先制作好各部分,到達移動運用地,充分地形地物,依靠能找到的材料,就可以在半個小時之內架設起來,和各地的HAM聯絡了。
架設天線屬于高空作業,要作好安全保護措施,嚴防人員和物體從高處掉下。切莫掉以輕心,牢記安全第一。天線不要架設在不牢靠或者靠近電力線路的地方,就算勉強架起來,也令人日夜擔心,帶來無盡的煩惱。在下雨和打雷時要暫停施工,下雨使施工場地濕滑、環境變得惡劣,容易導致危險,而且,潮濕的環境會影響天線的特性,使天線的調整不準確。
天線架設好以后,要時時留意天線SWR的變化,當SWR突然變壞時,就說明天線遭受不測。每年要例行對天線檢查兩次,查看天線的防水膠帶是否有脫落和變質,天線和電纜有否進水,拉線是否松脫,主桿是否牢靠等,發現異常立刻處理。
在業余無線電活動中,秉持業余精神,制作天線就是一項實踐業余精神的活動,只要用心制作,細心調整,必會成為一件精巧的作品。
- 組圖10(5988)
- 作和架設(5763)
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