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晾衣绳天线研究

最近通过了业余无线电B证考试,于是小黄鱼收了一台协谷G90S和一个Tumd双桨电键。比电台更重要的是天线系统,通过阅读《天线手册》,以及网上进行的一些搜索,结合指标成本考量,先后排除了小环天线(贵、不易加工)、GP天线(依赖地网,效率低)、端馈天线(射频泄露),所以转了一圈还是回到了偶极子天线。查找资料过程中,** Robert Victor, VA2ERY** 撰写的The Clothesline Antenna提供了宝贵参考。结合该文,我们来研究一下如何自制晾衣绳天线。

天线尺寸

晾衣绳天线占用尺寸与典型的半波长偶极子天线相同(注:异于经典半波长偶极子天线,晾衣绳天线更接近于Folded Dipole Antenna),这里的半波长对应的是天线最低谐振频率,如此一来其整数倍频率也可以在天线上自然谐振(当然馈电点可能要移动)。家里的院子大概是12米的正方形,所以很遗憾我们的天线最低只能支持到20米段,对应14MHz。对于晾衣绳天线,天线需要的导线长度加倍,
用随机搜到的一个偶极天线计算器算了下,14MHz对应长度为10.18903米,考虑到滑轮尺寸,大概需要导线长度20.43806米。不过这只是粗略计算,实际还得以天线两端固定点距离为准,不过不会相差计算结果太多。

天线线材

降低成本直接选择钢丝绳。淘宝直径2mm的304不锈钢绳(带PVC外皮,总共直径3mm)卖0.9元1米,买25米足够了,成本22.5元。参考What’s the best wire for a dipole? (video) 对多种材质导线进行的测评,不同材质对辐射信号强度的影响微乎其微,所以没必要用昂贵而脆弱的铜线。有些人推荐AWG 12规格的铜线,不过选择权在你。
另一个关注点是导线是否需要绝缘,即裸线VS带绝缘层。网友测试结果表明,绝缘层会增加天线的电气长度,从而降低谐振频率。例如,按照28MHz计算的长度,实际谐振在26.5MHz。所以在使用带绝缘层的导线时,长度应该比计算长度短一些。
最后是导线的粗细。导线越粗,天线带宽越大。不过这一点主要对于UV段天线有用,短波天线需要为了重量做出妥协。

滑轮

计划使用304轴承滑轮,2只36元包邮。这种滑轮顶部有拉绳固定件,用绳子固定起来应该会很方便。

馈线

需要用到2种馈线。一种是普通的50Ω同轴线,这个没什么好说的,手上有成品线。另一种是300Ω 的“twin lead”,研究了一下其实就是淘宝上卖的老式300欧黑白电视扁馈线,1.2元1米。这种线我们用来连接钢丝绳与巴伦。据VA2ERY称这种馈线的损耗比一般的同轴线小很多,而且由于价格便宜,长一些也没关系。20米长度足够了。

巴伦

为了实现300Ω到50Ω的阻抗变换,需要一个6:1的巴伦。关于巴伦的作用于制作方法可以参考A Ham’s Guide to RFI, Ferrites, Baluns, and Audio Interfacing1:6 VOLTAGE BALUN,不过我手头没有材料,时间也比较紧缺,直接买成品好了,200W的淘宝价格大概72元。
上述成本大概174元,便于加工,可行性很高。
不过我们对40米段还没有死心,半波长偶极子天线到底能不能弯折呢?以下文献对此进行了讨论:

  1. Fitting a dipole into a smaller space
  2. Fold, Bend, and Mutilate Making a Dipole Fit the Space Available
  3. Discussion about Horizontal Dipoles bent into an “L” shape
  4. The Bent Dipole

总的来说,弯折会使半波长偶极子天线增益降低,中央馈电点阻抗变小,不过在能够保证三分之二直线长度的情况下,天线增益损失与馈电点阻抗变化都是完全可以接受的。另外V型弯折后貌似就是倒V天线的变种。

天线表现

前几天抽空把天线拉了起来,由于不方便测量两点距离(估计在11米-12米之间),天线的谐振频率偏低,不开天调情况下,在4.18MHz驻波比为1.0,8.45MHz为1.5,此时馈电点大致在天线中间。底噪比较大,日常S7起步,不过也可能是开关电源以及附近电瓶车充电站的干扰,等香蕉插头线到了用线性电源应该能降低一些。天线长度过段日子应该会进行调整,今天起早发现蜘蛛🕷在天线上结了网,等它搬走再动吧。

使用求精4代电源后的表现

昨天4mm香蕉插头转5.5X2.5mm DC公头的电源线到了,替换下显示器电源后底噪显著降低。40米段底噪从日常的S7起步降到了S4~S5左右,能抄收到一些业余电台的通信了。不过我发现 PS30SWIV 也是开关电源 。。。 过段时间拿电池盒供电对比一下底噪,再决定要不要把它换掉。