无线电爱好有毒:我在自家院里树了160米天线

2018-12-26 来源:亚德诺半导体作者:ADI-David.kruh 我要评论(0) 字号:

尽管手机在全球范围内提供廉价、即时的通信,但世界上仍有数百万活跃的业余无线电操作员,有些人了解到这一情况后会感到很惊讶。我们喜欢说,每个人都有每个人的业余爱好。

本文作者:David.kruh,ADI Direct Marketing Manager

我的一些同好积极参与救灾支援工作(他们是波多黎各仍在进行的灾后恢复工作的一个特别重要的部分)。国际空间站中的宇航员也有我们的业余无线电爱好者,他们建立了一个电台与我们地球上的爱好者交谈。还有一些无线电爱好者设计并制造高增益天线,以向月球发射信号并反弹回来。为了做这些事情以及其他更多事情,我们使用的方法有很多,从最先进的数字模式(运行在我们的计算机上)到老式摩尔斯电码,不一而足。

我喜欢的业余爱好是在1.8 MHz至28 MHz之间的八组不同频率上操作HF,这些频率称为频段,已被分配给业余无线电。幸运的是,我房子长边的两端布置了树木,使我有地方悬挂一根100英尺的中心馈送偶极天线。偶极天线很棒。价格便宜——偶极天线就是电线,带有馈线和一些绳索,以将其两端固定在树上。另外,偶极天线易于设计、安装、修整和固定。更妙的是,偶极天线甚至能提供一点增益(不过它是定向的,不能旋转)。

下图是我房子外的天线,显示了偶极天线的位置,插图中显示了所谓的“双引线”(从发射器到天线的馈线)和天线调谐器的图片,旨在“欺骗”发射器,使其看到一个50Ω负载(尽管实际天线在该频率上没有谐振)。

在HF频率上使用偶极子,我与美国所有50个州和200多个国家取得了联系,最远达到澳大利亚西南部,也就是地球的另一侧。然而,当我在最低的业余无线电频段操作时,160米(1.8到2.0 MHz)的表现低于平均水平,因为偶极天线距离地面只有25英尺,而这只是160米波长的很小一部分。这意味着我的大部分信号是在上升,而没有出去。在该频段,我最长的联系距离只有1100英里左右。

在与ADI院士Woody Beckford 的午餐时间对话中,我提到了这个问题。他建议我把100英尺偶极天线变成垂直天线,引线绞合在一起,然后馈送到巴伦的一侧。垂直天线会为我的信号提供一个较低的“起飞”角度,从而增加信号能被听到的距离。这在EZNEC上展现得很清楚,它是一种天线分析程序,颇受业余无线电爱好者欢迎:左边是25英尺偶极天线方向图的模型,右边是相同频率下25英尺垂直天线的模型。请注意右边模型中的波瓣显示RF起飞角度较低:

因为偶极天线——进而垂直天线——会受限于25英尺高度(160米波长的很小一部分),我们知道让它在低至2.0 MHz的频率上调谐起来会有问题。使用EZNEC,Woody计算了一个底部加载线圈的参数,该线圈不仅可以在电气上延伸天线,还可以消除对巴伦的需求。这是我根据Woody的规格设计的线圈,用#10线在2英寸PVC管上绕38匝。导线从顶部引出后连接到双引线的双绞线引线,利用SO-239很容易从棚屋连接到同轴电缆,通过接线片可以方便地添加和移除径向天线。

是的,径向天线。此时,天线只完成了一半。这是因为垂直天线需要一些偶极子不需要的东西。垂直天线可以说只有“一半在那里”,另一半是地面的“反射”,这意味着它依赖于通过地面的返回电流,通过导线从垂直天线的底部辐射(“径向”一词即由此而来)。所以,如果地面系统很糟糕,天线也会很糟糕。它可能会很好地加载,但另一位前ADI员工,也是无线电爱好者(K1DG) Doug Grant提醒我——虚拟负载也一样。

为了量化地面径向系统的有效性,我们可以使用辐射电阻(R),它表示整个系统的损耗:天线、馈线和径向系统。我们需要R和一台特殊仪器(我使用了MFJ-259天线分析仪)来帮助回答一些问题:

需要安装多少径向天线?

其长度应该是多少?

径向天线应该架空还是埋起来?

我的房子、我邻居的房子、土壤电导率(可能会随季节而变化)以及埋地的天然气管线、水管、下水道、电话线、电缆线对R或垂直天线的广播方向图有何影响?有太多的变量需要计算。只有测试(通过布置径向天线)才能揭示答案。有趣的事情开始了。

利用手头上的1000英尺绝缘线轴,我开始了为期数月的布置径向天线和测量SWR、R和X的工作(我还没有提到电抗,它是任何天线系统固有的电容和电感的组合引起的对交流电流的反抗),我们希望所有这些都尽可能低。为了本博客的目的,我们将重点介绍R,因为X往往跟随R上升或下降;虽然固有低SWR比较好,但总是可以利用调谐器为发射器提供50Ω负载。第一个测试是四根径向天线位于地平面上,放置在我家房子的边缘,接近房屋,如这根带注释的天线所示:

结果是在最低R时测得,令人鼓舞,高于50Ω的软指标,随频率提高而逐渐增加,直到在频带顶部时超过60Ω。显然需要更多的径向天线,但哪里可以放得下呢?答案在Rudy (N6LF)撰写的一系列文章中,题为关于垂直和径向天线的QEX文章( www.antennasbyn6lf.com/.../series-of-qex-articles-on-ground-system-experiments.html ),其中他详细说明了架空径向天线可以与地面径向天线一样有效,有时甚至更有效。读完之后,我布置了一对离地约3 1/2"的径向天线,围绕着我家后院木栅栏的上支架。结果非常出色,在160米频带内至少下降10Ω。

我有足够的时间和1000英尺线轴中剩下的大量电线,因此尝试在各种布局中添加几根径向天线,其中有这样一项测试:

如果一组架空径向天线将R降低10Ω,为什么不在栅栏中间加上第二组?

想象一下,当我测得R在整个频带上实际上是上升时,我有多惊讶!(谁愿意从数学角度来解释这一现象?)最终,在尝试了更多的布局和长度之后,我发现在垂直天线的相反两侧再增加两根70英尺径向天线表现最好,在整个160米频带上R再降低大约5Ω。下面是原始四根径向天线的性能曲线(红色),架空天线在栅栏上方(蓝色),还有最后两跟70英尺地面径向天线(绿色)。

同Woody和Doug分享这些结果(并询问“接下来我应该尝试什么?”)之后,我收获了我最喜欢的建议:停下来,已经很好了,启动无线电吧!那时是十月,冬季即将来临(160米天线的运行条件最佳的时候),我很高兴停止挖掘我的后院。从那个冬天到现在,天线的表现超出了我低调的预期,同美国48个州和35个以上的国家取得了联系,其中一些业余无线电距离东欧、俄罗斯和南美洲有4000多英里——相对于偶极天线,这是一个巨大进步。当我在院子里辛苦挖掘和埋设电线时,邻居们投来奇怪的目光,但现在的成果告诉我:努力没有白费。

有关此垂直天线项目的更多信息、数据和图片,请访问我的业余无线电台网站:http://www.bambinomusical.com/WB2HTO/Vertical.html。

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