作者:姚海滨
调谐速度快、便携、拆装方便、个头小巧,拆卸完毕后能完美进包,无需支撑杆,无需地网或者接地,简直就是外出野餐、出差携带、基地台站等架设条件下的不二之选。小环儿天线,却有不俗的表现。作者用它2W功率QRP通联到了英格兰北部、澳大利亚西部,怎么样,感兴趣了吧?我们来一起看看吧。
在制作环形天线之前你必须知道的事所谓的环形天线无非就是一个线圈加可变电容的装置。 此装置(通常)由两个环组成,大环两端连接可变电容,直径为大环1/5的小环则直接连接信号收发端。可以简单理解为小环是激励单元,通过调整可变电容使大环和小环达到最佳谐振后,以最大效率上在相应频率收发无线电信号。
必须提到一句:小环和大环之间是互相绝缘的。 如果把一个大环做垂直切分,那么小环和可变电容就各自位于最高点和最低点,二者不靠近,形成的形状如上图,大环包小环的形式。当然还有很多种环形天线的制作方法,比如环芯变压型天线,伽马匹配型天线等,本文不做详细描述。
环形振子的选材虽说环形天线制作简单,但并不意味着破旧的电容加根旧电线就能达到您的期望值。 简单来说,环内通过的电流越高,天线的效率就越高,相应阻抗也就越低。所以制作天线环的材料一定要比普通馈线要更粗壮些。很多人喜欢用铜管作为主天线材料,但是看看纯铜管的价格,想想还要自己焊接,把环做成方形甚至八边形,很多人就望而却步了。
实际想想不一定有必要,大多数人选用环形天线还都是再低功率状态发射使用的。于是主环我选用了RG-213 同轴电缆,电缆内编制网用料非常足,可以有效的降低线阻,轻松应对几十瓦功率。
电容的选择制作普通环形天线,整体成本不高,但是如果想制作能够在更高功率工作的天线,能够承受高压的可变电容可是价格不菲的,而且不容易搞到。如果已经选择了低功使用,那么物美价廉的可变电容处处皆是。在进行QRP通联的时候,电容叶片间的电压都能达到几百伏特。平时见到的电容,叶片间距都没有办法塞进去贺卡的,也就只能允许最大5W功率的QRP了。
如果电容叶片间能塞进贺卡,那么它能轻松处理10W功率。如果叶片间距为1mm的空气电容,是完全能够应付20W下产生的千伏电压的。以此类推,想要达到100W的发射功率,起码要使用叶片间距为2mm的空气可变电容或真空可变电容。如果购进的是新电容,活动触点产生阻抗的问题完全可以忽略。在我看来,拿我的神奇小环和MFJ专业天线相比,在低功使用时区别并不明显。
如果购进的是一个旧电容,一定记得清除叶片上面的杂物。如果使用挥发性清洁剂,一定注意确保在封装进防水盒之前,电容叶片已经完全干燥。曾经出现过有这个问题引起的防水盒爆炸的事件,请引以为戒。电容本身带有减速装置是非常有必要的。协调环形天线本身是一个细活儿,每一次转动主轴,都会有非常大的谐振变化。普通使用180°调节的电容,尚且需要非常细致入微的手部动作。像蝶形电容这样只有90°转动空间的情况,对操作人来说是莫大的挑战啊。所以如果您使用的电容是不带减速装置,可以考虑弄一个外置的。
上手制作我的材料清单250P带减速器可变电容
塑料防水盒
2mm×4mm 镀金接线柱
2.5m RG-213 同轴电缆作为主环
RCA 插头作为小环输入部分链接
BNC 接头
50cm 绝缘线
RG-174 细同轴电缆做为小环
N7VE 天线分析仪
2m 白色PVC绝缘管作为主支撑杆
转轴手柄
三脚架螺丝
制作调谐盒 防水盒内部电容粘到盒子上,两条粗线连接到与主环链接的接线柱上。注意,接线柱与主环直接连接,为了避免灼伤,请一定确保接线柱没有裸露在外面的金属部分。从下图可以看出RCA插口作为可拆卸部分,插在了调节盒上,起到了与小环的连接作用。
制作环形振子 环形天线的设计,不同的阵子长短决定了所能覆盖的波长。一个更大尺寸的天线如果能够在80m波段有良好效率表现,也定能在40m和30m波段有更优异的表现。由于考虑到占空间问题就暂时没有尝试。
制作小环使用RG-174 同轴电缆连接一条有绝缘表皮的电线。电线一端接到同轴电缆铜芯,一端接到编制网。小环的直径是大环直径的1/5,也就意味着长度是大环周长的1/5。但实际小环尺寸并不会严格分毫不差,我最开始制作的小环比1/5大环直径大的多,实际驻波表现也非常好,而且成功进行了通联。
在馈线的另一端连接RCA插头。小环悬挂在大环顶端位置,记得给RG-174电缆留出富余的长度,以免调整过程中出现尺寸偏差。
制作大环先要把RG-213同轴电缆两头去掉5cm绝缘皮,把编制网拨到一遍,减掉4cm铜芯,剩下的长度用胶带包裹进行绝缘。把编制网拧在一起焊接到4mm的接线铲,此步完成后大环制作结束。
大环的支撑为了能让大环保持最大的舒展度,我选用的PVC线槽,柔韧性非常好,能够让完美撑起整个大线圈。
天线的使用从上图可以看出,整个天线仅仅有以下几个部件组成:调谐盒,两小卷线缆,塑料条若干(扣在一起做支撑杆),可以轻松地放进行李箱或背包。整个天线的组装过程耗时不过1分钟。把天线连接上收发机,调谐到最大谐振点,打开天调按钮知道协调指示灯熄灭。至此,这个
小环天线到此制作成功了。
如果驻波指数不好,可以稍稍移动天线,附近有物件可能是影响驻波因素之一。如果实在没有办法把驻波调整到1.5以下,可以改变一下主环形状,比如椭圆形。如果非要在身边使用环形天线,请尽量把电容调节把手面对着您,以减少RF对人体的辐射。
天线调节是一个细致活儿,需要手部动作非常精细。在不同波段使用时需要稍微调整已达到最佳的谐振状态。
天线整体表现我试用了很长时间,直到我撰写此稿时,天线共在20m、30m、40m三个波段上工作过。为了彻底测试它的性能,我使用了WSPR(弱信号传播报告系统)来帮助我精确地收集来自全世界的信号接收报告。通过切换使用神奇小环天线和阁楼上的MFJ环形天线,我对神奇小环天线的整体表现做了一个总结。
总体上来说,神奇小环儿比阁楼上的MFJ天线稍差一些,但只是在场强方面。有时候神奇小环的在连续高信号强度方面则更胜一筹。(尤其是从和意大利某些地区通联的结果来看)。到现在为止我还用它进行DX通联,1W功率的CW通联达到斯堪的纳维亚和东欧还是蛮容易的。甚至在我和他人通联结束后立马就有人报告“Standing by”, 更有人答复我的CQ。如果天线没有效率,恐怕是无法完成这样的QRP的。SSB通联不太容易,当然,当通联环境受太阳黑子影响的时候,QRP就够了。
“神奇”环形天线便于制作,而且表现不凡。如果您身居公寓楼,面临很难或者根本无法假设其他天线的困境,这个小天线无疑为热爱无线电的您铺平了一条路。如此组装简便和便携天线相信一定能够让您在放假出游、公务出差随时尽情享受通联乐趣的利器。