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关于菱形天线的原理


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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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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..
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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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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
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,

\ 考虑导体传送电波时应有的波长缩短因子,

/ 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
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


\/ 各个天线所接收的电波相位, 以最左边的

\ /\ 天线为零度来当基准, 则

\/ \
X = x / (C / F) * 360
\ \ /\
\z= 电波路径长 Y = y / (C / F) * 360
/\ \/
/\ \/
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..
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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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..
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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/\




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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

\ > , 外部导体接另一边 <


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\/ 此处交叉, 但不短路
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:
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 :

/\
↗↘
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
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..
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
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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 \/
/\ \/

\/

, 这种做法, 就如同

|| /
相位数组天线一般 ..
\ ||/
此处以 c1 的电缆出口
+-------------+ 为 0 度, 那么 c2 相位

| 延迟就是 -X, C3 为 -Y

| C4 为 -Z, 那么电波到

| 达合并器时, 相位就

| 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 /, 本 贴 地 址:/thread-1871-1-1.html
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: /mysite/ch...ant-network.htm
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