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标题: 小环天线的原理及制作 [打印本页]

作者: uguec 时间: 2012-11-26 20:37
标题: 小环天线的原理及制作

城市HAM面临的囧境：一边是13单元的YAGI痛苦地仰望苍穹;18米高的VERTICAL也在一边闷不作声，孤零零地茕茕孑立、形影相吊，恨英雄无用武之地;从收发信机扬声器中传来的是一片噪声。。。这个时候，若有一付小环天线，情形可能就会大不一样。

小环天线原理
小环天线又称为电流环天线，是由两个共面的双电流环构成，内部的耦合环由传输线馈电，通过电感耦合激励外面的大环，当处于谐振状态时，由外面的大环辐射能量。对于小环天线，一般有如下特性：小环天线是电流环结构的窄带谐振天线，增益始终为负值，特定架设角度的小环天具有NVIS特性;小环天线是磁场天线，在特定的场合可以有比鞭天线优越得多的收发特性。小环天线通常用于定频收发的，特殊结构的小环天线也可以用于跳频通信。
通常，小环天线在接收机上的信号强度指示值“S”要比线天线偏低，这是由于小环天线的负增益特性决定的，我们不要特别计较这个“S”，这并不重要，在我们需要通联时，只有能听得到、叫得着才是好的天线。
小环结构示意图：

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不同类型的耦合方式;一般多采用第4、5、7种结构。当采用内耦合环结构时，耦合环的直径取外环的1/5。

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实际的形式：

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比较简单和应用较多的是这种方式直接耦合和伽玛匹配

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作者: uguec 时间: 2012-11-26 20:37
小环天线的设计与制作：

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为方便起见，我们使用G4FGQ的RJELOOP1小环计算软件来设计小环天线。

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软件说明：首先，我们要选择小环的形状：T - 为三角形，S- 为正方形，H- 为六边形，O- 为八边形，C- 为圆形

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确定形状后，我们可以输入其他参数，这里以环形结构的小环天线为例。依次输入周长，这里取为13米;外环材料直径，这里取为36毫米;环天线距地面，高度这里取为10米;工作频率这里取为7M;天线输入功率，这里取为100瓦。

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运行后，得到的数据依次为：定频的电气长度，外环电感，耦合环直径，耦合变压器匝比，谐振电容值，谐振电容电流值，谐振电容两端峰值电压，定频带宽，辐射电阻，导体固有电阻，近地损失，发射效率，理论损失值。从此例可以看出：外环面积越大，材料的直径越大，定频率小环天线的辐射电阻越大，发射效率越高，业余条件下，首先要因地制宜地选择合适的材料，对于这种电流环结构天线，对材料固有电阻和接触电阻十分敏感，这也是一个平衡的过程，材料、工艺直接决定成败。
考虑到集肤效应-电流密度、效率、材料固有电阻、机械强度、天线自重等因素，经计算，合理的外环管径应在36mm以上，管壁厚度应在1mm以上，材料以铜或镀银铜为上，使用铝材料则会降低发射效率并带来加工、制作等一系列问题，长期使用还应考虑到氧化问题。谐振电容采用真空可变电容器或大型蝶式电容器或自制，电容器的耐压、功率、电流值应符合设计要求。谐振电容定片与天线外环一体化并通过整体化处理工艺的天线体电阻明显小于其他连接方式的。
短波小环天线的状态检测及遥控：包括天线旋转器角度调整/记忆/校准，自动调谐---谐振电容器位置/频点记忆，谐振电容器高速/慢速调谐/驻波比检测等，限于篇幅，将另文撰述。
以下为小环天线的一些制作实例。这几种连接方式不是严谨的，会导致体电阻过大：
以紧固件作为和真空电容器的连接，只能看作是最后的办法;编制线应和铜管可靠焊接，而不是通过螺丝紧固。
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作者: uguec 时间: 2012-11-26 20:38
用大直径的通信用馈管做为外环是可以的，但应该和馈管直接连接，虽然通过插头、插座连接看起来比较“专业”;另外，这种结构的空气电容器完全不适合于小环天线，对于小环来说，这种电容有着较大的接触电阻，很小的功率容量和电流值。

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下图展示的是不可靠的连接：不合格的焊接工艺以及使用了不恰当的谐振电容，编制线应完全紧绕馈管，钎焊焊料应完全湿润、填充满母材表面。

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这种方式只能看作是一时兴起之作和作为收听天线来用：使用旧的自行车轮毂作为外环，由于材质是铝合金的，铝及铝合金材料本身电阻较大，又极易在空气中氧化，而铝材料的氧化膜具有极高的电阻率，天线外环与谐振电容又采用了用螺丝旋紧的机械连接，无疑，这种小环的发射效率是极低的，不能作为正式的天线来用。

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而一下这几种方式则相对合理：

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作者: uguec 时间: 2012-11-26 20:39
不同频率范围小环天线的组合应用：
这里既有垂直架设的，又有水平架设的小环天线，而垂直架设的又有不同的外环直径，他们各自覆盖了一段频率范围，而较大尺寸的环覆盖的频段较低，从而覆盖了整个短波波段。

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同杆架设、环面相交的小环天线：

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比较大型的小环天线：
图中是一个正在调整、检修小环天线的人在升降机上和小环对比，环的直径4米，而且由于用作小环天线外环的管材料直径较粗，所以，即使采用铝材料，这个天线的效率也是很高的。

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耦合环采用伽玛匹配形式、谐振电容采用电动推杆调谐的商品小环天线：

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作者: uguec 时间: 2012-11-26 20:40
小环天线在其他波段的应用：
由计算机、节能灯、开关电源类的干扰造成的烦恼不仅仅局限于短波波段。小环天线不仅可以在短波段，也可以用于VHF,UHF段来减弱、消除噪声干扰，用3M自粘铜箔，样子很Mini，抗干扰能力很好，特别适合在室内使用，原来的计算机等设备的干扰基本可以忽略了，也没有了时断时续的、频繁的静噪动作，而发射效果与使用原天线相当，制作过程相当便捷，只要10分钟左右，只是使用时注意不要碰到裸露的皮肤，天线外环的感应电压比较高。

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尺有所短，寸有所长，实际上没有哪一种天线是万能天线，通信抗噪声、抗干扰是一个长期的、复杂的话题，对干扰、噪声应该综合分析，综合治理，对症下药，一些其他的抗干扰措施：
对于线天线，可以在天线端加入抗干扰共模噪声扼流圈，对部分种类的干扰抑制效果明显;有些则需改进收发信机，加装可编程有源窄带跟踪预选滤波器(相当于同频收发的两部高级接收机的前端结合体);像56、R390等身披厚重铠甲的电子管接收机，抗传导辐射干扰效果普遍好于现代接收机，不是没有道理的：这不仅得益于电子管的高线性、大动态范围，多级联调窄带前端滤波器，还与厚重铠甲对电磁传导辐射抑制程度有密切关系。另外，应注意合理选择接地方式，不恰当的接地会引入多余的噪声。
一种扬长避短的阳台天线方案：如因条件限制，无法制作性能优良的收发共用的短波小环天线，不妨可以这样：由鞭天线发射信号，而小环天线专门负责接收接收信号。例如，以双10米鞭天线发射，取其宽频带、低驻波，免天调调谐，高发射效率，低仰角的特性;整个天线台面仅一环、二鞭，简洁，美观，且易于保持和谐的邻里、物业关系。这时候小环天线的制作就变得十分简单：一个普通的收音机用塑封双联或四联，一圈3米左右的导线作为外环，50厘米左右的导线作为内环，外环方圆随意，可以悬挂，也可以固定于圆形/十字型非金属框架上。
模拟信号通信面临越来越大的挑战：越来越多的干扰源，越来越差的电磁环境;也许，只有通信结构的全面数字化才是未来的方向。( 作者：李钢锤 )

作者: BH4TYL 时间: 2012-12-29 11:55
资料收集中.俺准备DiY.谢楼主…

作者: 北方ham 时间: 2013-2-26 23:26
请问；接收-发射效率咋样？

作者: 剩歧视 时间: 2013-3-24 16:52
俺也准备DIY

作者: BG2VER 时间: 2013-3-30 19:25
学习了！不错

作者: cc1989summerq 时间: 2013-4-3 23:41
收藏了！闲来自制一个！

作者: 枫叶摇曳 时间: 2013-4-6 15:15
我也做了个小环天线驻波调不下来2.0，把小环压成椭圆形驻波1.5

作者: 316 时间: 2014-3-24 22:13

作者: BH4IV 时间: 2014-8-14 07:00
居然还有这种天线，学习啦

作者: BH4PMZ 时间: 2014-8-21 21:37
不错

作者: PCX 时间: 2014-9-5 22:17

作者: BH1RRL 时间: 2014-9-5 22:32

作者: BG2JRW 时间: 2015-2-9 00:09

作者: firebirdol 时间: 2016-8-7 01:53
学习了，大天线现在都不让装了

作者: BH4KXP 时间: 2016-12-29 13:45
非常感谢楼主分享

作者: bd6qoq 时间: 2017-1-1 12:22
比较迷恋小环，，，，，，，，，，

作者: BI8BVE 时间: 2017-3-2 23:36
必须学习，讲的非常好

作者: 清理仓库 时间: 2017-3-6 00:23
楼主辛苦了，讲解的很相信。

作者: BG9BOB 时间: 2017-5-15 20:55
学习了，有机会也DIY一个！

作者: BG9BOB 时间: 2017-5-31 10:52
请问：磁环上线圈匝数怎么确定?匝数与频率的关系是什么？谢谢了！！！

作者: 艺海追梦 时间: 2017-10-9 00:15
看帖回帖是美德

作者: 艺海追梦 时间: 2017-10-9 00:16
看帖回帖是美德

作者: 九豆 时间: 2017-12-12 14:15
看帖回帖是美德

作者: jlxuyong 时间: 2017-12-28 11:51
学习了，也准备DIY一个

作者: feel_1999 时间: 2018-5-17 08:43
学习了，谢谢LZ分享

作者: xiao3574 时间: 2018-6-24 16:43

作者: liuzclzc 时间: 2018-11-28 19:35
这些资料可以有哦。

作者: BD3NGZ 时间: 2019-1-3 04:26
学习了

作者: BI3RPW 时间: 2019-2-5 23:18
收藏

作者: bg2hf 时间: 2019-2-6 06:29
不错的小环天线

作者: BD3NGZ 时间: 2020-2-16 09:58
好资料，收藏了

作者: home852000 时间: 2020-7-25 17:39

作者: BH6AYY 时间: 2020-7-27 16:08

作者: BD3NGZ 时间: 2020-8-4 08:32

作者: BH5HAT 时间: 2020-8-4 09:53
有机会学者diy一个玩玩

作者: BD3NGZ 时间: 2020-8-25 16:05

作者: yxp 时间: 2020-8-28 21:05
好资料学习一下

作者: liuzclzc 时间: 2021-1-6 10:14
已学习

作者: bg4uny 时间: 2021-2-12 22:05
我感觉这个小环天线如果接收效果好的话，只是发射效率低一些，可以收发天线分开，发射天线就用GP天线好了，实际上GP天线的发射角是很低的，只是接收时的干扰会比较大，而小环天线的接收干扰是很小的，但发射效率不高，这样可以互补一下可能就比较好了，这样也解决了那个小环的调谐电容的耐压的问题

作者: aatcs 时间: 2021-4-4 11:48
学习了

作者: wuweijun0213 时间: 2021-10-23 22:27
写得不错，收藏了。

作者: yga5918 时间: 2021-11-19 17:14
真是好天线啊！

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