简易共轴全向天线的制作

简易共轴全向天线的制作

2010年01月20日星期三14:47

共轴全向天线常用玻璃钢管做外壳，故俗称玻钢天线。该天线以高增益、高可靠性成为最受欢迎的品种之一。自制的动机在很多HAM心里萌发过。这里介绍一种方法，工艺简单，调试难度很低甚至免调试。经十多位HAM的四十多组试验，效果与厂家成品相差不大，甚至较某些厂产品优秀。

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共轴全向天线由若干同相辐射的同轴振子构成。形象言之，就是由一截一截同轴线内外导体交叉相连做成（图一）。同轴线的屏蔽层充当辐射单元，内导体充当移相器，使经过它的信号移相1/2个波长。天线主体的工艺流程概括为：

（1）截取同轴线（50Ω或75Ω）若干段；

（2）两端剥开（图二）浸松香、镀锡；

（3）将一段的内导体焊接另一段的外导体（图三），依次连接所有同轴线；

（4）连接点质量检查，要求无虚焊、无短路；

（5）用胶布或热缩管固定连接点，确保不断线，不短路。

工艺虽然简单，每段同轴线到底应该多长却不易掌握。在430MHz，2mm的长度误差，就会带来3MHz的频率误差！这成为众多HAM制作失败的直接原因。前已述及，每段的长度相当于1/2波长。由于信号通过同轴线时波长比真空中短，每段同轴线的长度必须相应缩短。考虑到终端电容和工艺因素，还须再乘上一个修正系数。最终的计算公式为：（在这里插入公式1）L＝(c/2f)Kξ (1)

其中L为每段同轴线的长度，c为光速，f为频率，K为速度系数，ξ为修正系数。修正系数通常取0.970～0.990，对于50-7的电缆，推荐选取0.985（430MHz，高塔用）。速度系数的计算公式为：

（在这里插入公式2）K＝(εr)-1/2 (2)

其中εr 是内外导体之间绝缘材料的相对介电常数，必须精确到小数点后三位数。这是难点所在。即使同一种型号的电缆，不同厂家的产品，甚至同一厂家不同时期的产品，εr 值都有能使制作失败的差异。如何获得尽可能精确的εr ，是成败的关键。购买同轴线时，可以要求厂家提供该批产品的详细技术参数。如果没有εr ，或者没有任何技术资料，可根据公式（在这里插入公式3）εr＝[Cln(R2/R1)]/(2πε0L) (3)

自己计算。其中R1、R2分别为内导体外径和屏蔽层内径，L为测试长度，C为内外导体间电容，ε0＝8.85×10-12F/m。测量步骤概括为：

（1）取至少10米长的同轴线，首先剥开一段，精确测量R1、R2 （R1至少精确到0.02mm，R2精确到0.05mm）。对于没有铝箔的同轴线，R2等于介质外径。为了准确，应在剥开后立即测量，并多次测量取平均值。如果有镀铝塑料膜，还要考虑膜的厚度。

（2）精确测量屏蔽层未剥开部分的长度L（精确到10mm）。

（3）从剥开一端的内导体和屏蔽层上各引出一根短电线，接入电桥，测量内外导体间的电容（精确到5PF）。若没有电桥，也可用质量较好的数字万用表。

（4）将上述数据带入公式3，求得εr 。

得到εr 以后，即可根据公式1、2计算出每段同轴线的长度。由于焊接需要一定长度，下料时必须适当延长1～2厘米。制作时须保证每段的实际长度相当于计算值。在不短路的前提下，连接所花的距离要尽可能小。

馈线与第一段同轴线交叉相连就行了。在不作任何匹配处理的情况下，设计频点的电压驻波比通常为1.5～2.0。只要没有制作错误，在设计频率附近不超过5MHz（70cm波段）的地

方就能找到驻波最小点，驻波小于1.2。不论用作接收还是发射，无需匹配就有出色的效果。特别需要时，可以用开路同轴线匹配。在馈电点并联一根长约1/2波长的同轴线，然后在驻波表或场强仪的监测下修剪该线。开始时一次剪1cm，驻波减小或场强增大后相应减小步进，直到驻波最小或场强最大。

如果找不到玻璃钢管，天线亦可装在20～32mm粗的硬PVC管中。两端用橡胶塞封住后再用热熔胶密封。较长的天线，下端应留置通气孔以免夏天高温胀出。

10～12单元（430MHz天线约长ffice:smarttags" />3.5M）共轴全向天线的增益容易做到7～9dB（相对于全向天线）。单元数再多下去，制作难度会增大。这种天线旁瓣较小，辐射仰角容易控制。同时，天线的带宽较窄，即使用较粗的同轴线做成，也只能照顾业余频段及其附近，给抗干扰带来方便。共轴全向天线并非都由同轴线做成，常见的还有5/8波长天线阵。为了缩小体积，通常2m波段采用5/8波长共线阵，0.7m则采用本文所述的同轴阵。

天线之全向天线

全向天线就是没有方向性的天线，它将电流转化为相应频率的电磁波，以水平辐射方式向四周发射。

按照电磁波波长划分为：

1/8波长、1/4波长、1/2波长、全波长、6倍波长、8倍波长。如400MHz频段的天线，通常400段（波长70 CM）天线的长度是：70 CM* 1/8=8.75 CM ，70 CM * 1/4 =17.5 CM ，后面的以次类推......

我们现在使用的协会大圈、小圈就是全波长的天线。见过俺F3000的朋友可能会发现俺使用的玻璃钢天线，它就是1/4波长的天线。如果有机会也可以看看妙Q的天线，是1/8波长的天线。

按照外形划分为：

标准全向天线（就是我们常说的棒子），它是实际工作当中使用最多的天线了（6倍波长、8倍波长）。它的增益比较高，通常在6－8dBi左右。曾经用过一个日本380MHz的全向天线，它的增益可以达到14个dBi（简直就是一个奇迹，小日本在技术上还是牛啊）但是在工程当中的技术要求也是比较高的，要求架设时天线底部距离架设平台的垂直距离在2米以上，距离架设物体的水平距离在1.5米以上。除了一些必要的防水措施外，还要求在天线底部留有半径为20 CM的防水弯。

在以前的标准全向天线是需要加地网的，地网是三根水平安装，间距为120度的金属棍，根据天线长度的不同，它的长度也相应的改变。现在由于天线制作技术和工艺的提高，基本不再使用地网了