2_4G通用高增益天线_RogerPaskvan

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2012.01

2.4G通用高增益天线

作者/Roger Paskvan（WA0IUJ） 译者/马亦卯（BD1LEN）

如果你想要轻松地制作一个2.4G 波段的天线，那么本文所讲的设计与制作细节可能正是你所需要的。这支天线不但有着高增益、高屏蔽的特性，而且其覆盖范围也很让人满意。这支天线既可以用于垂直极化方式，也可以用于水平极化方式，而不用考虑如何改变安装位置。根据使用的材料，一根铜管，我推测出设计和制作的细节数据，并提供了调试的方法。

图1 制作完成的号角天

线

图2 13cm波段波长与号角直径的关系

图3 9cm波段波长与号角直径的关系

这篇文章以简单的渐进式的描述，为您提供支号角天线的设计制作方法。这支号角天线做为独立天线使用时可以提供近9db-d的增益（见图1），另外它也可以作为碟型抛物面天线的馈源。其实只要你想得到，你可以把它用在任何地方。通过实验，用这支天线可以稳定地进行数英里的点对点数据和语音传输。如果你的电台室在花园里，并与你的家有一段距离，那么一对这样的天线可以在你的电台室和起居室之间提供很好的无线数据链路。虽然作者本人没有试过把这支号角天线当作碟型抛物面天线的馈源来使用，但是没有理由认为不可以那样用。如果使用碟型抛物面天线，需要注意的是焦距/直径比（f/d ratio）和馈源遮蔽。在合理设计的情况下，这支号角配合碟型抛物面可以提供12 db即17倍的增益！

据John D. Kraus（约翰·克劳斯）所著的《天线》一书介绍，号角天线可以被看作是张开的波导天线。这种天线由于产生同向前进波，所以可以在给定的方向上提供增益，信号馈入波导的振源必须严格地按照计算的结果来放置。我的这支天线在该书中被描述为圆形号角，正好可以用我手头的铜管来制作。

有时候，看似相对简单的关系实际上非常复杂。设

计号角天线就是这种情况（见图5）。首先，号角管的

图4 6cm波段波长与号角直径的关系

2.45GHz基本号角天线

平的孔眼

连接器

封闭端

31mm λ/4

76m m

93mm Lg/4

279mm 75% of Lg

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第一步，应该计算出管子的最低工作频率。作者使用的波导管内径为76mm，通过计算可以得到：

C = 1.706mm× 76mm C = 130mm

F = 2.31GHz = 300/130

这个计算结果表明：该波导管的最低工作频率是2.31GHz，如果低于这个频率，这根管子就起不到波导的作用了。

第二步，要计算出这根管子的最高工作波长（λH ），以便得到对应的最高工作频率。使用下面的公式：

H = 1.3065· d

将波导管的直径代入公式：

H = 1.3065mm×76mm

可以得到λH =99.3mm，即这根管子的最高工作波长。根据频率波长关系，可以计算出最高工作频率为：

F=300/99.3=3.02GHz

现在，我们已经有了最低和最高工作频率，即2.31～3.02GHz，设计工作频率是2.39～2.45GHz，正好在这根波导管的工作范围内。在这里强调一下：波导的最低工作频率要比设计最低工作频率低一些，而波导的最高工作频率要比设计最高工作频率高一些。

第三步，计算出设计工作频率在自由空间的波长。因为我打算让这根波导管工作在2.45GHz，所以波长为：

=300/2.45=122mm

第四步，要计算出波导管的长度。因为在波导管中，电波前进的速度比在自由空间中的速度慢，所以我们需要使用一个复杂的公式来计算相应的波导长度，我们把波导长度称为L g 。圆形波导的实际长度要更短一些，是L g 的75%。

L g =1/sprt[(1/)2-(1/

C )

2

]

（译者注：波导长度=工作波长倒数的平方与最低波

长倒数的平方之差开方后取倒数）

图7 安装N型连接器的孔，两旁的槽允许我移动振源的位置

图8 N型连接器与振源：在2mm直径的铜线上焊接一片折叠成扁平状的铜箔，振源的长度为31mm

图9 准备组装的部件：铜管、封闭端的覆铜板和N型连接器与振源

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图14 在多出6mm的这边，每隔6mm剪一个小的

开口，以便焊接

图15 将这块扇面形的铜箔卷起来成为一个漏斗形，把接缝焊接在一起

频率：2.45 GHz

自由空间波长：λ= 122mm 波导中的波长：L g = 372mm 圆管的长度：3/4 L g = 279mm

振源与圆管封闭端的距离：L g /4 = 93mm 振源振子的长度：λ/4 = 31mm

现在我们要开始制作这支号角天线了。在本文中，我选用了内径为76mm的铜管，用钢锯把它截成279mm长（见图6）。

在我的实际制作中，先将波导管封闭端的覆铜板焊接在铜管上。事实证明这样做会使安装同轴连接器的工作变得很困难，所以应该先找到要安装同轴连接器的位置。从波导管将要封闭的一端开始，在93mm处做一个标记，在这里打孔，并把孔修整到可以适合N型同轴连接器的底部。在照片中，可以看到我在这个孔的两侧沿波导管的径向开了两个槽，它们的作用是可以让我调整连接器的位置，以找到最佳工作点。在测试之后，我发现从中心向两侧移动同轴连接器并不能真正提高信号强度（见图7）。

在这里，振源的制作应该严格按照计算的结果来进行。本文中振源的长度为31mm（见图8）。请注意，我在2mm直径的铜线上焊接了一片折叠成扁平状的铜箔，这片铜箔与单纯的铜线

相比可以更好地匹配。通过仔细

图13 按照图纸，把喇叭口的图形画在一块铜箔上沿图形外围裁剪

的测量与对比，配合SWR表，可以找到最好的匹配点，请确认振源包括铜线和铜箔都焊接良好，以便装配（见图9）。之后就可以将整个同轴连接器带振源一起安装在波导管上，用螺栓和螺母固定好。注意螺栓要从波导管的里边穿出来，螺母安装在外边，安装好后，就可以给波导管加上封闭端了。

把波导管放在一块平整的覆铜板上做好标记并裁剪下比标记稍大的一块（见图10），把波导管与覆铜板焊接起来，保证焊接处平整光滑（见图11）。四周多余的覆铜板不会影响天线的性能，所以不必去除，当然，为了美观则可以适当的修整。在整个天线冷却下来后就可以进行测试或直接使用了。