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偶极天线结构非常的简单,通常是由振子、巴伦、绝缘子三个部分构成,我们在HF通信时使用的最多的天线就是偶极天线,而在VHF和UHF通信的时候仅在特定的通信模式或工作形式上才会采用偶极天线。

那么今天我们就来一起了解了解这偶极天线:

首先:偶极天线通常由以下三个部分组成:

1、振子:也可以叫导线,由直径2mm左右的金属导线制作,当然也有铝管、不锈钢管等材料制作;

2、巴伦:也叫平衡不平衡转换器,正常情况下最好是有,没有也可以,但会存在一些问题;

3、绝缘子:可以是专业的绝缘子,或者使用其他绝缘材料代替;当然根据振子的材料及形态,绝缘子可以不使用; 1747396777150.webp

天线的长度我们根据之前的文章可以大致根据使用的频率计算出振子长度;从上面的类容中我们不难看出,偶极天线的组成非常的简单,同时整个系统中最重要的组成部分即为巴伦,巴伦可以阻止如共模电流等异常电流对电台的损害;

那么如果我们去掉偶极天线中的巴伦会怎么样呢?

简单的讲,如果天线系统中没有巴伦,则会产生两个后果:

1、同轴电缆(馈线)也会发射电波,影响天线的效率,另外馈线的长度一旦产生改变(包括卷曲缠绕),那么天线的SWR也会产生一定的变化;

2、电台处于发射状态时,接触电台金属部位,有可能产生触电的感觉,相当的不安全(我就被电过)。另外这种情况下还会对周围的一些设备产生干扰。 1747396777141.webp

所以巴伦的重要性是不能忽视的,一个良好的天馈系统中巴伦充当着重要的作用,当然巴伦的形态也是多种多样的,根据不同的使用场景选择合适的巴伦也是很重要的。

那么我们平时接触的偶极天线或者未来会接触到的偶极天线的其他形态有哪些呢?

第一个我们能想到或者接触到的,那必然是八木天线,八木天线的激励振子就是偶极天线,只是在偶极天线的后方加入了反射单元,在前面加入了引向单元而已;

八木天线的原理我们可以参考汽车大灯来理解,汽车大灯由反光碗、灯珠、透镜组成;而八木的反射振子就是反光碗、激励振子就是灯珠、引向振子就是透镜;通过反射振子改变一部分信号发射方向,而引向振子则将捕获到的信号以绕射的方式向前进行不断增加强度。

另外我们以前卫星接收天线,那种锅盖天线(抛物线天线),中间的信号接收器就是偶极天线。当然我们常见的对数周期天线、平面天线也都是偶极天线;

天线的长度会根据天线的类型和形态等有着不同的尺寸,这里我们以常规的偶极天线为例(GP天线的天线尺寸为DP天线的一半),偶极天线一般情况下整体长度约为1/2波长,比如我们在14Mhz频率下,波长为20米,那么偶极天线的整体尺寸就约为10米。

那么我们如何知道频率对应的波长呢?这里我们可以引用一个波长计算公式:

波长(米)=电波速度(光速率,约为300)/频率(Mhz)

那么我们以14M为例,它的波长就是300/14≈21.42米,而我们通常将这个数字简称为20M,因此14Mhz的波长也可以称为20米波;

除了20米波,我们可以通过上面这个公式推导出下列波长:

3.5Mhz波长为80米

7Mhz波长为40米

21Mhz波长为15米

18Mhz波长为10米

144Mhz波长为2米

430Mhz波长为0.7米

这就是偶极天线的长度与波长的关系,偶极天线的长度如果是1/2波长,或者以1/2波长的整数倍增长,那么偶极天线的效率将是最高的,这个时候我们称之为谐振。但是天线能够谐振并不代表天线一定在最好的工作状态(这里以后有机会会单独讲解)

这里波长与谐振的关系我以下图作说明: 1747396869509.webp

一个波长是包含正半周期和负半周期两个周期构成的一个完整周期;而我们通常所接触的1/2波长即为半个波周期,这个时候我们称之为单倍谐振;当存在一正一负两个周期时,那么即为一个波长,这个时候我们称为两倍谐振(虽然为两倍谐振,但在某个方向上增益为0);当存在两个负半周期、一个正半周期,或者两个正半周期、一个负半周期的情况,那么这个时候就是三倍谐振;

当然天线如果都按照这个理论长度去制作和使用是就会存在一个问题,尤其是在HF通信时,这个时候频率越低,天线就越大,对于架设和其他场景使用时会造成一定的困扰,那这个时候缩短天线长度就尤为重要;

首先我们最直接的缩短方式就是将偶极天线砍掉一半,称为单级天线(GP天线),可以由原来的1/2波长直接变成1/4波长,比如20米波段则将10米缩短到了5米;为什么GP天线能够缩短天线长度呢?这是因为GP天线的架设方式决定的其这一特殊的电器特性,GP天线架设都需要进行接地,接地的作用正好就是通过地面或者其他反射面来补偿确实的另外一半波长;

那么这种缩短方式虽然能将天线缩短,但是还有没有其他办法进行再次缩短呢?

这个时候就需要通过加感线圈对天线的长度进行缩短了,我们通常所说的1/2波长或者1/4波长都不是指的天线实际长度,而是指的电气长度。当机械长度与电气长度相等时,天线的效果最好。我们称之为全尺寸天线;那么前面提到的缩短天线,则是通过将天线的一部分导线缠绕成线圈(这里的线圈则是我们常说的:加感线圈),这个时候我们的一部分天线被绕城了线圈,那么机械长度则达到了缩短的目的,但电气长度却任然是原来的长度;这个时候的天线机械长度和电气长度就存在了一定的差值,这个差值越大则天线的效率就会越低,所以缩短天线虽然解决了天线尺寸过大的问题,但也产生了效率相对变低的问题; 1747396869492.webp

天线能缩短到什么程度呢?理论上来说,我们可以将整个天线全部缠绕成加感线圈,制作成一根如同弹簧一样的天线,但是这种天线就将机械长度缩短到了极限,但是同样的天线的电波能量大部分都消耗在了线圈上(这是由于加感线圈的物理特性导致的),因此没有什么实用价值;

那么缩短天线除了效率相对降低外,还有没有其他缺点呢?

那么另外一个缺点则是SWR会变大,同样缩短天线也会导致天线的贷款变窄。

所以缩短天线虽然能解决场地架设等问题,但如果持续大功率的在这种天线上发射电波,则天线加感线圈部分就会持续的积累热量,直到高温损坏(融化风险),所以我们在使用带有加感线圈的缩短天线时,务必注意不要长时间大功率的进行发射。