关于菱形天线的原理

辐射器使用一般 1.0 的 PVC 单心电线绕制
辐射体详图:
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＼／ 此处交叉, 但不短路
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）（ 此处不交叉, 形成 ＞ ＜, 中央 > < 处接
／ ＼ 5c2v 同轴电缆, 同轴电缆中心导体接一边
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＼ > , 外部导体接另一边 <
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＼／ 此处交叉, 但不短路
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此天线很适合安装在 墙面上或 绑在水塔 侧边 .. 若觉得您的接收讯号不佳, 试试这个自制天线, 我拿它在宜兰可以收到台北竹子山的讯号..
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网页中的数值, 是以 50 ohm 阻抗的系统来举例, 75 ohm 的系统也可用, 只是共振线的取 得较困难, 尤其是 1 to 2 时, 其共振线传输阻抗会是 sqr(150*75)= 106ohm 及 sqr(37.5*75) = 53ohm 两种数值,前者很难找到这样的电缆, 后者倒是可以用 rg58 (50~52ohm); 而 1 to 4
一个环形天线的圆周长等于所使用波长乘上 1.01~1.1 时, 处于谐振状态, 且等长线段涵盖 最大截面积是呈现圆形, 在此状况下, 环形天线有效截面比 dipole 大, 故约比 dipole 天线 多出 1db 的增 益 , 已知 标 准 dipole 天线 增 益 为 2.15dbi, 故一 组 环 形 天 线 增 益 约 为 3.15dbi, 当将两组环形并接时, 截面积增一倍, 增益加 3db, 再加上反射板, 将朝后的能量 往前送, 增益再增一倍, 故双环形天线加上反射板, 增益可达 3.15+3+3 = 9.15dbi, 实作上可 以利用调整到反射板的距离, 将波束集中一些 , 故可获得约 9~12 dbi 的天线增益; 而四环 形天线, 环形数量比双环形多一倍, 有效截面积多出将近一倍, 故增益约可达 12~15dbi..
由此式子我们也可以知道 , 距离每增一倍 , 在其它条件都不变的情况下 , 接收信号准位少 6db, 故距离增一倍, 若要维持相同的接收信号强度 , 除了增加功率 6db 外, 就是要提升天 线系统 Ao + Ar 6db..
这是理想状况的式子, 在实际情况下, 我们还会碰到障碍物所引起的绕射, 反射等多重影响, 这就用到 "夫累聂" 带的评估, 这在以后有兴趣时, 再来谈谈..
2.利用反射板: 作用原理如同碟形天线的碟子一般, 如图
3.数个四菱形天线 , 利用功率分配合成网络 , 将每个天线的讯号合并在一起 , 在 UHF 带, 因为有现成的分配合成器, 且价位低廉, 不像在 SHF 带那么昂贵, 建议直接购用现成的分 配成器即可, 就如同将两个 YAGI 天线迭接一般 , 须考虑各个分支电缆长度, 让每个天线 所截收下来的信号, 到达合并点时须为同相位, 但因为４菱形天线的水平波束角相当宽, 若 想让天线最大增益方向不是在正前方时, 可以增减各个分支电缆的长度, 让在某方向的电波,
若再增加迭接数量, 提升的效果非常有限 ..
若还要再提升增益, 有几个方法: 1.利用导波板(四个环):
作用原理如同 YAGI 的导波器, 在增加一组导波板时, 增益约可 增加 3db, 在天线方向上再增加导波板数量, 适当调整距离间格, 导波板数量每增一倍 , 增益多 3db, 而实际上如同 YAGI 的导波器, 并不到 3db 那么多, 且有一定极限.. 下图是运用在 2.45 GHz 的频率上, 若要用在 DVB-T 的频带, 记得 换算波长:
而 SHF 因为频率高, 一般市售 VHF/UHF 功率合成分配器 (变压器结构) 不适用, 此时可 以利用电缆来制作, 大体上有两种方式, 一是共振线法, 一是迭接并接法, 参考以下我以前 写的网页: http://home.pchome.com.tw/mysite/ch...ant-network.htm
经由各个天线接收下 来到达合 并点时能 够同相 ..
如下图, 希望天线组增益最大方向是斜向左侧 N 度
同相位的位置
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＼／ 各个天线所接收的电波相位, 以最左边的
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＼ ／＼ 天线为零度来当基准, 则
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X = x / (C / F) * 360
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＼ｚ= 电波路径长 Y = y / (C / F) * 360
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＼ 考虑导体传送电波时应有的波长缩短因子,
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／ 故实际上每经过单边长度后, 电波延迟所呈
↖ ↙ 现的相位增加比 90 度还多, 故像这样的迭
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接, 以中心点起算到上下两端, 以两个环形
(一共四个) 为限, 再多也提升不了多少增益,
且当以此天线为发射天线的立场观之, 较大
部分的能量集中在靠近中央的两个环上, 故
单一组(四个环)的不须特别做阻抗匹配, 但要再合并多个时就需要..
这种利用两组环形天线并联, 加上反射板的天线, 记得好像是一位德国人发明的, 因为效能 良好, 尤其是在 UHF 频带, 制作也简单, 水平波束角宽, 且为水平极化, 阻抗在 50ohm 附 近, 在 UHF 及微*注意*通讯的业余自制天线 , 常被采用..
以上式子是电波在真空中, 理想状态下的传输, 这里要特别提到一点是, 式子中, 似乎频率 越高, 传输衰减越严重,故有些文章会如此描述, 但实则不然, 式子中频率越高, 衰减越多是 因为天线的长度随着所使用波长的缩短而缩短, 故等效截收截面积跟着缩减的关系, 也因为 是面积, 故用 20 log 而不是 10 log..
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每个导波环置放于辐射体前方约 18cm 处细调之, 至信号最强 加装一组(四个)导波环, 增益可达 17dbi 上下 加装导波环后, 水平波束角会减小..
百度文库
辐射器或导波环的骨 架固定例 (此处以导波环为例 ):
木螺纹钉
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｜ ＜－此处绕线
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值则为 32.4, 因为 20log F(Ghz) = 60 + 20log F(MHz), 同理, 若距离单位改用公尺或英里, 也是如此转换, 我个人是喜欢用 92.4 的常数.. D : 接收点到发射点间的距离, 单位公里 F : 所使用频率, 单位 GHz Ar : 接收器天线增益, 单位 dbi 但若发射站位置不在该天 线最大增益方向, 记得扣除相对增益.. Cr : 接收器传输电缆传输损失, 单位 db
＼ ＼／ ＼ｙ ＼
Z = z / (C / F) * 360
↘ ／↘ｘ ↘
↘
↘↘
↘
↘
Ｏ
Ｘ
Ｙ
Ｚ 所使用的电缆长度
－＋－ －＋－ －＋－ －＋－ c1.c2.c3.c4 , 须让电
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｜ 波传送到合并器时
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｜ 相位一样, 那么天线
ｃ１｜ ｃ２｜ ｃ３｜ ｃ４｜ 最大增益方向就会
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｜ 朝向左侧 N 度的位置
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将 5c2v 同轴电缆接在 >< 处, 直接往后透过铁丝网引出 增益约有 15dbi 上下 水平波束角约 60 度到 70 度之间 利用 PVC 水管及木螺纹钉作为支撑骨架即可
若还要提高增益, 可再加装导波环四组 ＿＿＿＿
／＼ ＿＿＿＿Ｃ／Ｆ／４＊０。８＝１０ｃｍ ＼／
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Ri : 接收到的信号准位, 单位 dbm Po : 发射机输出功率, 单位 dbm Co : 发射机电波馈送电缆传输损失, 单位 db Ao : 以接收者的位置观察, 发射机天线在此角度的增益,
单位 dbi , 通常发射天线增益会以最大增益方向角 度的增益值来标示,但是以广播发射站而言, 会因接 收者位置的不同, 相对于天线角度的不同, 而呈现不 同的增益.. 92.4 : 真空传播衰减常数, 若频率单位改用 MHz 时, 常数
高增益四菱形无线数字电视接收天线制作 中心频率为 600MHz
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Ｃ／Ｆ／４＊１。０１＝１２。６ｃｍ
辐射器距反射板约 8.2 cm 细调之, 至接收讯号最强
反射板到五金行购镀锌铁网来作
信号强度的差距, 若排除天线频率响应的问题, 主要是看转播站位置, 距离及接收与发射天 线的辐射涵盖图形, 另直射波与反射波也会有所关系..
在无线电领域, 基本的评估方式如下 (理想状况):
Ri = Po - Co + Ao - 92.4 - 20 log D - 20 log F + Ar - Cr
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, 这种做法, 就如同
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相位数组天线一般 ..
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此处以 c1 的电缆出口
＋－－－－－－－－－－－－－＋ 为 0 度, 那么 c2 相位
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｜ 延迟就是 -X, C3 为 -Y
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｜ C4 为 -Z, 那么电波到
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｜ 达合并器时, 相位就
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｜ 会一样..
另外要注意, 一般 VHF/UHF 的功率合并分配器, 其每组分支出口的相位有可能相差 180 度, 譬如一分二(二合一), 其两组输出相位可能刚好相反 (视分配合成器的结构而定), 须把 此项因素考虑进去, 通常的做法是若发现此种现象, 将天线馈电点位置左右互换即可..
至于为何要乘上 1.01, 主要是环型天线周长约略等于 1.01~1.1 波长时, 虚数阻抗几近为零 (天线谐振), 此时其阻抗值约为 100 ohm, 我们看这种天线结构, 刚好主要是两个环型并接, 故可得到 50 ohm 的天线阻抗 , 虽然用在 75 ohm 的接收系统时 , 因阻抗不完全匹配 , 其 SWR 会稍高, 但因为是接收系统 , 没有发射机, 故不必担心因阻抗不匹配而损坏发射机 , 更何况加上反射板时, 天线整体会呈电感性, 阻抗也会增加, 用在 75 ohm 的接收系统, 不 会 有 啥 大 问 题 .. 转 载 请 注 明 出 自 中 国 无 线 论 坛 http://www.wlanbbs.com/, 本 贴 地 址:http://www.wlanbbs.com/thread-1871-1-1.html
这里要注意的是, 电波在电缆中传送的速度较真空慢, 故利用电缆长度来达到电波相位延迟, 须先查表得知电波在该种电缆的波长缩减比例, 以 RG58 来说, 这个值约为 0.66, 换言之, 300MHz 的电波在真空中波长约为 1M, 该电波在真空中传输一公尺远的点, 电压与原点
同相, 故利用一米长的 RG58 传输该电波, 在电缆出口处的电波相位与电缆入口比较将会 是 L/ (C/F*0.66) * 360 = 1 米 / (光速/300MHz * 0.66) * 360 = 185.5 度..
↗ ↘ 之一波长的单边长度, 电波延迟移相 90 度,
／
＼ 再经过四分之一波长单边长度, 电波再移相
＼
／ 成为 180 度到左侧, 从图面箭头路径可知 , 从
↖ ↙ 上到下, 所有天线激励均左右同相位, 依天线
＼／
收发等效原理, 接收天线所截收下来的电波,
／＼
在馈电点相位都一样, 故波幅增加..
↗ ↘ 但因为实际环周长是比所使用波长还长, 再
我们以 4 菱形天线来看其动作原理..
假设馈电缆中心导体接天线右侧激励点" < ", 外部导体接天线左侧激励点 " > ", 那么呈现
在天线的高频电波相 位如下 :
０
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↗↘
２７０／
＼ ９０
＼
／
↖↙
１８０ ＼／ ０
／＼
↙↖
２７０／
＼ ９０
＼
／
↘ ↗ 此处接同轴电缆中心导体, 定义相位为 0 度
１８０ ）（ ０ 换言之另一侧相位就是 180 度, 在经过四分
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（。
＊
。）
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。 如此绕线就可以
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＼｜＼ 在同一平面上
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