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DIY同轴高增益天线即棒杆天线也叫玻璃钢棒子天线全过程

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发表于 2017-4-24 00:19 | 显示全部楼层 |阅读模式
      十多年前做为一个条件有限的无线电爱好者,玩无线电只能是一个梦想,曾经为了DIY一个大功率的调频发射无线话筒而省吃检用,结果买来的功率管却着了JS的道,直到后来不了了之,现在各方面条件要好多了,在朋友的影响下,又勾起了我儿时的梦想,重新正式向一名合格的HAM而努力!刚好前些日子又有一朋友送了一车台,可惜只能半径几公里的范围内通联,后来听说县城里设有中继,由于离中继有40多公里远,中间还有好多山,在家几次三番的努力,都无果, 后来有事上县城,联上中继,顿时豁然开朗,有效范围由公里变成了几十公里,恶补一番知识后才发现,要想信号传得远,第一:高度。第二:天线。第三:功率  小镇上,家里是自建二层楼房,房顶可以架天线,高度还算好,车台功率也够大了,遂决定从天线入手,打算DIY一个好天线,努力要以联上县城里的中继,经过好几天的对比和选择,决定做个大家都认为简单容易的棒杆天线,也就是同轴高增益天线。下面总结一下各个论坛及网上能找到的关于棒杆天线的资料      得出一个结论 9或者11或者13 单数的振子,中心频率430的话,300/430/2*0.66=230MM,取振子228MM,这是大家多数人取的经验值,然后上面开路,不要1/4波长的发射振子,下面接入馈线就做振子屏蔽层在1/4波长处上翻,关于这个结构,有不了解的,我做下搬运工,看下高手的理论分析~~



     关于同轴天线自上到下各节的一般结构、原理和调试   这是网上找的同轴高增益天线资料。

430MHz/144MHz廉价同轴高增益天线一、用普通5D-2V同轴电缆(相当于国产的5D-5)按图3所示尺寸,剪出数段1/2λ线段,1/4λ首尾两段,并把每段头尾外皮用利刀切去少许,露出中心金属铜线3-4mm以供焊接。然后把第一段1/4λ的中芯焊接至第二段1/2λ段的外层导体铜网,而第二段尾的外层铜网则焊接到第三段的中芯。如此类推至末尾的一段1/4λ段为止,如图一。至最末一段的网尾部时则把它的中芯和外层导体铜网焊在一起,再在其上焊上一根1/4λ的铜棒。   
另外,最下面一段要如图一所示焊一小环(尺寸无太准确的要求),或在馈电电缆与最后1/4λ段连接处接3至4根长度为1/4λ奇数倍的地网辐射条,以使天线的电流形成完整的通路。     
二、关于同轴天线自上到下各节的一般结构、原理和调试   
1,同轴阵列天线的顶部为一截1/4波长振子,可以是金属杆,也可以利用电缆外皮(或和芯线接在一起)做成。   2,振子下面为一截1/4波长同轴电缆,起阻抗变换作用,上端以低阻抗与1/4 波长振子的低阻抗匹配,下端呈现高阻抗,与下面各节来的高阻抗馈电相匹配。   
3,再下面为若干节1/2波长的同轴电缆,各节之间芯线和外皮交叉连接。交叉连接破坏了电缆的连续性,所以高频电流不再被屏蔽在电缆芯线和内壁,使一部分高频电流从电缆外壁流过而辐射能量,每一节都有点类似于一支半波长垂直天线。   
流过每一截电缆段的电流相位比前面一段落后1/2 波长,而电缆又被交叉连接,所有外皮的电流正好变成同方向,组成了一个半波长同相振子陈列,它们在水平方向辐射的电磁场互相叠加,而在垂直方向的辐射由于路径差别而互相抵消,使能量集中在水平面附近,形成较高的天线增益。所有芯线段的电流互相之间也是同方向的(但与外皮反向),不过它们被屏蔽在内腔,不会影响外皮的辐射。1/2 波长的同轴电缆从   
两端看进去的阻抗总是一样的。如果我们以高阻抗从最下面一节馈电,则这一节的上端也呈现高阻抗,继续以高阻抗向更上一节馈电,直到第2项所说的阻抗变换节。   
4,天线的最下面一节为1/4波长同轴电缆,将收/发信的 50欧低阻抗变换成高阻抗,与上面的1/2 波长辐射段相匹配。   
5,馈电的同轴电缆的芯线与第4项匹配段的芯线相接,馈电电缆的外皮与第项匹配段的外皮相接,同时连接到3或4根长度为 1/4的奇数倍的地网辐射条上,地网使天线的电流形成完整的通路,不使高频电流从馈电电缆的外皮通过。   
6,如果不采用地网辐射条, 则需要在馈电点加入为天线提供电流通路、消除馈电电缆外皮电流的任何措施。   
7,第 3项所述1/2波长辐射段的节数越多,不同方向辐射能量的叠加/抵消作用越强,天线在垂直面内的方向性越强, 天线的增益越高。但是随着能量的辐射,越靠上面天线电流越小,所以随着总节数变多,每增加一节 1/2波长辐射段所能带来的增益越来越少。8 节辐射段的增益约为6 dB,16节辐射段的增益约为 9dB(相对于1/4 波长垂直接地天线)。   
8,计算:上述各节的计算与一般电缆或天线,例如1/2波长辐射段的实际长度应该是相应频率的真空波长乘以电缆的速度系数(约为0.65-0.75),顶部 1/4波长辐射段的速度系数则应取0.95左右。   
9,调试: 先做一个只带有两节辐射段的天线,垂直悬挂在空旷处。用天线分析仪测出谐振频率。如果偏高,准备一、两节偏长的辐射段。如果偏短,准备一、两节偏长的辐射段。将准备的这一、两节辐射段加进去,再测试谐振频率,以决定再准备什么样的辐射段。依次类推,在不断加进新的辐射段的同时使谐振频率趋于设计的中心频率,最终偏差不应大于+/-0.5MHz。如果制作小心,这样得到的SWR应小1.3。   
10,封装: 天线应封装在直径20-25mm玻璃钢管中,并妥善加以防水密封。顶端的 1/4波长振子最好伸出管外以利中和静电,管子下面应比电缆长出 300mm 以便固定。 如果没有玻璃钢管,国外爱好者也有用PVC工程塑料管的




对我们目前广泛采用的天线体的个人另类认识,讲错了拍砖!!别客气!

先说说短路环,其实际就是一个闭合的导相环,因为棒子里面的空间非常狭小水平方向不好采取措施出此方岸!有一种垂直天线系统就是将导相机构沿水平方向1/4波长回头,整体1/2波长!难看!
  电波辐射需要的是开放的电场环境!任何一个短路电气上的机构都有点不可想像!强扑短路芯线跟屏蔽层,高频电流该怎么在此点走!!为什么呐!认认真真想想!自从第一眼看到该图就有点别扭!!郁闷了好长时间!匹配!也做了很多该结构,用来匹配试验,效果并不满意!有的还相当差!能量反馈太多!天线电波检测仪得到的定量能量场我非常不满意!真实就是这样,科学来不的半点马虎.不然你那是胡说八道!谁信!不谈了!再看看顶端构照,难到我们所有的HAM没有留意那是一个变样的1/2波长天线!至少对他的单独的系统定量分惜的HAM太少!大家经常也比较科学实际的进行比较,其有较好的辐射性!远场区性能不错等等时,感到对该天线不能用单一的观念来判断了!先不谈了,你可先想想看!
  我们业余分析一根天线的性能的好坏!最佳的办法就是越远的地方,获得的越微小的信越好!驻波倒反而为其次!这是对的!为什么两者不能兼得呐!有没有一种即间单而又非常能够加工的窄带天线呢!(带宽越宽,干扰越多!烦不烦!真烦!)天线中的"杂"东西越多越好吗!??我看不一定吧!!考滤的太繁琐了!累不累啊!!
  不多说了,你要是有好的分析可共同交流!还望多多的给于开放的思绪,您的每一个想法就是一个亮点!!!与天下HAM共交流!!!73!
  根天线除扼流套的以外,要断取的阵子奇数为佳!切11,13,15,还有17根阵子等等段.偶数的顶端阵子的辐射差一些!不爽!还不如不要!物理尺寸太高了,增益也高!但你也要考滤抗风能力啊!平常取13根阵子,够用了!
  绝不讲大话,通过本地的多位HAM的长期实际使用,都会发出想不到的感慨!表现相当好!平常玻璃钢的天线你已为有多好吗!很多制作方面相当多的是垃圾,你不会买一根天线回来拆吧!用呗!同一地点就你的那个天线位置,就是用1/4波长的GP天线大气传输好的时候不一定有太大差别!想得到好的效果,只要你有钱,买呗!但感觉是不是差点什么!DIY精神!该系统在同样的物理高度内要优于相同的天线!您感觉不出来的时候,你的机器可有感觉了.轻装上阵!
  该天线说间单就是间单!!!为了我们天下穷HAM们有根满意的好天线!!而且要价廉物美!!超值!总成本就是馈线的价格加PVC管的钱!多省!73!!
用-3线[75,50欧姆均可]长度24厘米11-13根同轴电缆[根数越多天线也越高,增益也相对提高,架设也要考虑高度!],两端去0.5厘米加工,留23厘米中间长度!无需要顶端加任何短路装设!开路!底端也是与电缆交差焊接!不需要任何短路环!有一点的是在最下端的焊接点向下23厘米的地方在屏蔽层上开一个1-2毫米的小环看到屏蔽层!下面用任何的金属材料[屏蔽层铜丝加内里的锡层最好]包在屏蔽层上向天线的上方包上11.5厘米,也就是其此一半长度,重要的一点,连接下端,可焊接![此也叫扼流套] 完成!间单吧!!!就是间单!一切的一切成功在于焊接!!!!其失败也是于此!
个人理解1,第1,3,5,7,等等段振子为主辐射单元.2,4,6,8,10等等为交差倒相单元,辐射为辅助单元!顶上开路不连接,完全开放.
    2,下面的扼流套一定要保留,此对与微调该天线的驻波有很好的帮助![很间单,拉长一点,或者缩短一点!微调于你加工每一个焊接时产生的不必要的偏差!
    3,此-3线23厘米中间长度经过十多根天线的使用效果表现极佳!无一回手!
    4,驻波也要看你的焊接功夫了!离中心频点435MHZ上下5MHZ[总的十兆内]的驻波均在1.2-1.3已内!435上下0.5-1MHZ内可轻易找到1.0-1.1的点!爽!业余频段以外驻波变化非常大!也就是说该天线系统可最佳工作频率范围小!抗干扰能力提高!这不是我们好多HAM追求的吗!
我有好几根天线整体的驻波430-440内表显示1.1-1.2我总以为表坏了!不瞎说!科学就是科学!! 

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 楼主| 发表于 2017-4-24 00:24 | 显示全部楼层
本帖最后由 qsdqwx 于 2017-4-24 00:31 编辑

刚开始自己找了些不用的75-9 做天线 75-3做馈线13米从楼上下来就什么都收不到了,简直就是没有效果,不过做调频收音机的天线还是不错的,再学习下相关知识,才知道馈线的线损过大,所以就选定了50-9的超柔馈管,决定就用它来做天线和馈线了,设备材料陆续到货~~

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 楼主| 发表于 2017-4-24 00:59 | 显示全部楼层
    天线也做好了,可是信号不够理想,能收到邻市的中继信号,却无法联县城里的中继,主要还是山太多,但是我用车台苗子在楼顶测的时候,还能正常联上县城的中继,只是噪音大,当然是车台也在楼顶的情况下,天线不动,下楼加上那13米馈管就收不到了,看样子还是衰减有影响.上棒杆,测驻波,在各个频率下很没有规律,根本上找不出效果好的频点,一个偶然的机会,前几天下雨了,晚上刚停雨,我再试下县城的中继439.750-8 T88.5,结果很意外的从喇叭里传出的友台在呼叫的声音,我赶紧回复,沟通了之后才发现是在和直线距离180多公里的岳阳中继通联了,对方报他们那边的中继是439.750-5 T88.5  ,而且还能正常通联,对方信号59,很好,后来就再也联不上了,我想可能是雨水在天线上对它的参数有影响造成的。
    今天我的宝峰UV-5R到了,重新把天线拆下楼接UV-5R测下各个发射频率的驻波,记录下来,用时间和笨方法做了天分仪的工作,测完才发现问所在,这个 同轴高增益天线 的尺寸是和它的材料相关的,谐振频点居然在495MHZ左右,驻波1.01  而且是494 495 496 都是让人惊叹的1.01,和用50欧假负载测出来的参数一模一样,从499到491驻波都在1.1以下,在430MHZ左右的驻波反而在1.5左右,差了不是一点半点,原来用这个50-9的馈管228MM每节,做出来的天线的谐振频点是495MHZ 此材料的缩短系数是0.752不是0.66 难怪效果不好的

   看来不同绝缘材质的天线的振子,频率还是有千差万别的,用公式反推出430MHZ频点下振子长度为262MM,现在就去下单,重D这个天线,到时候看效果如何
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发表于 2017-4-24 09:58 | 显示全部楼层
动手能力强是好是,在这里加分鼓励。
微信: w3156688    论坛是我家,爱护靠大家。
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发表于 2017-4-24 09:58 | 显示全部楼层
楼主有很强的动手能力  坚持一定会更好的
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发表于 2017-4-24 11:38 | 显示全部楼层
这方面的技术说起来容易,真正做起来可真难那。佩服您的动手能力。
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发表于 2017-4-24 11:39 | 显示全部楼层
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发表于 2017-4-25 21:48 | 显示全部楼层
动手能力非—般啊!
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列兵

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发表于 2017-4-25 22:17 | 显示全部楼层
楼主,请你把那扼流套做法说详细些好吗?我也想做—根这天线。
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 楼主| 发表于 2017-4-25 23:53 | 显示全部楼层
本帖最后由 qsdqwx 于 2017-4-25 23:54 编辑

也就是前面是奇数节的振子,最后面在和振子长度一样长的地方环切外皮,再取和上面振子一半长度的屏蔽层包在最下面,然后把环切部分和这个屏蔽网的最下面焊在一起

50-9的馈管 振子取23CM的话,中心频点在495MHZ 不同的材料,做出来的中心屏点都不相同

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