发射天线的制作

发射天线的制作,tranmission antenna

发射天线的制作

电台的发射天线尤为重要。一个5W的发射器加上一个增益为8dBi的天线，和一个20W的发射器加一个增益为2dBi的天线对接收方来讲效果相同。天线的增益是其发射效率的标志；半波长偶极子经常被作为比较天线效率的基准，其增益是2.15dBi。

天线、馈线电缆、放大器的输出级的阻抗匹配也很重要。如不匹配, 传送到天线的功率可能比放大器的输出功率小很多，在最坏的情况下会烧坏功放管。天线和馈线电缆的阻抗通常是50或75欧姆。 

另外,天线应安装在较高位置，如楼顶、山上。对于FM频率, 发射功率不是影响传送范围的最重要因素, 比较重要的是，应该能从接收者比较清楚地看到发射天线，而中间没有大树和高大的建筑阻碍信号。但天线可用在微波炉里加热而不发热的材料掩盖起来。如果你投入一点努力来发现一个好地点, 你可以用一个小发射机把信号发送相当远。

以下介绍最实用的几种天线。对于小功率（<30W）电台，双角电视拉秆天线、双线J极子天线、简易GP天线最为简单、实用；对中大功率，用铜管或铝管制作的J极子、偶级子、LOG周期偶极阵是最好选择。

天线发射元长度的重要性

你会发现以下的介绍中强调天线的长度为1/2或1/4波长，为什么呢？因为天线的长度不对时，其阻抗和设计值差很多，导致发射效率降低。例如，正确制作的半波偶极子天线的阻抗是75欧姆纯电阻性，如果将其长度减半，其阻抗则变为15-400j欧姆，即15欧姆电阻、400欧姆电容性感抗。天线阻抗的电阻性部分是对发射有效的部分，而感抗部分只造成反射波，将能量反馈回发射机。这一现象一般用驻波比（SWR）描述，驻波比越接近1.0越好，1.0代表反射波是零。请参看此实例：  “双线J极子天线的制作和测试”。

如果不用馈线电缆，天线的感抗可用外加的可调电感或电容销去，此谓天线的匹配调谐。例如上例的缩短一半的偶极子天线，可用一个400欧姆感抗的串联电感销去天线的400欧姆电容性感抗，使天线变成15欧姆纯电阻性。但这同时要求发射机的输出放大器的阻抗小于15欧姆，这在电路设计上有一定的困难，天线的频宽也变得很窄。

电波在空气中的波长是 L=300/f 米，其中f是发射频率（兆赫），例如100兆赫对应的波长是3米。

偶极子天线

最常用的天线是中心驱动的半波偶极子天线, 如图右A所示。制作办法是：将一条粗铜线（或铜管、铝管，或用同轴电缆的屏蔽层）焊到BNC插座上。粗铜线的长度大约是1/4波长，即 75/f 米, 其中f是发射频率（兆赫）。如果你不肯定你使用的频率, 就用 70cm。这样的部件需要两套，B图显示怎么样把这两套部件连在一起。在上面的部件粗铜线应该只与BNC插座的中心连接, 而在下面的部件粗铜线应该连接到BNC外壳。

偶极子天线的原阻抗是75欧姆。由于偶极子的两半是对称的（即平衡的），和同轴电缆（不平衡的）连接时需要有一个“1:1 平衡-不平衡变压器（balun）” 。这个变换器最简单的制作办法是把电缆绕直径大约10-20cm的4-5个圈。

天线应该垂直放置, 在电缆和天线之间应该留出至少50cm空当。

利用电视拉秆天线作为FM偶极子天线

一般的双角电视拉秆天线可用作FM半波偶极子天线用。这种天线一般自带一个由高频变压器构成的balun（如左图的小盒子），但要事先试验一下这个变压器能否经受你要发射的功率（线圈和磁芯不发热即可）。Balun的另一种解决办法是直接用同轴电缆作为馈线，将其饶直径大约10cm的4-5个圈（参看以上介绍）。

天线应该垂直放置, 每条拉秆拉到75/f米长，两拉秆应成一直线（向上图A一样），而不应该是V形的。电缆和天线拉秆不应平行靠近，而应留出至少50cm空当。

GP天线

GP天线（1/4波发射元加接地反射面的天线）和半波偶极子天线相当，因为上面的1/4波发射元经接地面反射形成一个镜像，二者构成偶极子。理想的接地反射面是一个很大（大于波长）的金属面，但不容易实现。

一个简单有效的GP天线如图右A所示，它包括同样长度的5个发射元（radiator）。在中心的发射元只与BNC插座的中心连接，发射信号；其它的4个连接到BNC外壳，起到接地反射面的作用。发射元的导线长度大约是 75/f 米, 其中f是发射频率（兆赫）。下面的4个发射元不应该平直伸出来, 而是应该向下弯曲30-45度角，这样的天线有50欧姆阻抗, 可直接接到一条50欧姆电缆上（不用平衡-不平衡变压器）。

图B显示怎样用BNC插口底座制作GP天线。中间发射元的金属线（粗铜线、铜管、铝管，或用同轴电缆的屏蔽层）焊接到BNC插座的中心焊柱上, 而下面的4个发射元焊接到螺栓孔上。可以制作一个地座放置这种天线，也可以象图C那样将天线挂在高处。

J极子（J-Pole）天线由一个1/2波发射元和一个1/4波驱动匹配器构成，它等价于一个从末端驱动的偶极天线，因其导体呈J型，故称为J极子。右图A是一个J极子天线实例，B是用直径3-10mm的铜线或铜管制作的J极子天线（适用于大功率），C是用300欧姆电视天线扁馈线制作的J极子天线（适用于30W以下，简称双线J极子天线）。

双线J极子天线有容易制作、便于携带、便于隐藏等特点（右图C）。关于双线J极子天线的详细介绍及制作步骤，请参看此文： “双线J极子天线的制作和测试”。

超J极子（super J-Pole）天线有多个1/2波发射元，增益更高，例如下图的超J极子天线（垂直放置）具8dBi的增益，缺点是天线很长，垂直方向的发射角变小。

LPDA天线（LOG周期偶极阵）

LPDA天线（LOG周期偶极阵）是一种容易制作、频带宽、高增益的天线。但LPDA天线是有方向性的，只向前方发射。

右图Fig.A是LPDA天线的示意图。Fig.B是一个用双面印刷电路板为基架、铜线为发射元的五偶极UHF电视天线实例；Fig.C是一个用铝管为基架、铝条为发射元的七偶极FM广播天线实例。

基架实际上是靠得很近的两个平行导体。特定长度的发射元固定在基架的特定位置上，形成数个偶极子，每个偶极子的两半以轮换变化的形式接在不同的基架导体上（参见FigA）。偶极的数目与天线的带宽和增益有关。沿基架拉一根50欧姆的电缆（从长发射元端至短发射元端，如FigC的电缆是从铝管中间由A至B穿过去的），然后将电缆的芯线和屏蔽层分别接在两个基架导体上（短发射元端，如FigC中芯线接C处，屏蔽接B处），这样的结构形成了必要的阻抗变换器。

一个五偶极FM广播（88-108MHz）天线的设计数据如下。这个天线的增益约是8dBi。天线的两中心基架由直径15mm的铜管间距21mm构成，或由直径10mm的铜管间距13.7mm构成，这样就使天线的阻抗为50欧姆。

偶极子
序号 发射元长度（L）
（单位：米） 发射元离基架长末端
的距离（d，米） 5 0.852 0.426 4 0.682 0.915 3 0.545 1.306 2 0.436 1.619 1 0.349 1.869

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