Antenna


 

144/430 L-S3/5M 便携式天线

小巴伦(阻抗比1:1)制作--频率范围:1.8~150MHz

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

144/430 L-S3/5M 便携式天线

 

为方便在144MHz430MHz两个业余频段的移动通讯,经过借鉴很多成品天线数据以及朋友们的经验总结,近日试验成功了一款天线。在设计加工天线之前归纳了几项需要达到的目标,首先其重量和拆卸后的尺寸要便于携带,可以放入背包中;组装后的电气性能要稳定;电缆信号传输接口要简单,单根电缆传输两个频段的信号。经过一段时间的准备,在多次试验比较的基础上达到了预期目的,V段增益9dBi U段为11dBi ,现将在制作过程中的具体数据和调试方法以及注意事项进行说明。

材料准备:
1. 天线横梁用截面为八边形的铝合金伸缩杆,伸展长度为1200mm 左右,稍有差异无妨;
2. M6通孔螺丝及蝶形螺母,通孔螺丝上要有定位顶丝(M4),材质要求具有一定的抗腐蚀性,因为是非标产品需要定制,参看图1
3. 直径3mm的冷拔钢丝,材质用普通的65Mn就行,铜材质的不建议使用,容易变形;
4. 匹配器盒的尺寸要求不是很严格,长度在64mm左右,宽度与天线横梁直径尺寸相近,建议用64mm×23mm×23mm铝合金的盒子;
5. 还有一些小东西,如匹配器振子插口、M3螺丝及蝶形螺母、MSA接口等。

制作过程:
    根据下面的振子间距及振子长度表在天线横梁上转直径6mm的通孔,匹配器的安装定位孔为3mm ,之后用小锉刀进行修整,以使振子安装后在同一个平面上。

 

 

长度 mm

间距(mm

备注

V1

1044

 

 

 

振子具体长度,尤其是主振子在实际制作中可以进行适当的修剪。

U1

380

300

V2

952

100

U2

330

40

U3

316

106

U4

312

133

U5

310

170

V3

932

56

  图1(通孔螺丝材质为铜,表面镀镊)

在剪裁U段振子时可直接剪取,因V段振子较长,不易携带,所以要将约大于二分之一长的振子从螺纹方向插入通孔螺丝约20mm用焊锡焊牢。所有振子剪取完成后要再次测量其长度,以保证振子的精确长度,其中V段振子要安装在天线横梁上进行测量剪取,从而确保横梁两端振子长度相等。
    所有振子安装完后要再对天线横梁上的安装孔进行调整,保证所有振子在一个平面上,因为业余手工制作多少会产生一定的误差,所以要仔细调整。匹配器的制作可根据图2所示安装,144MHz匹配电容用10P磁片电容,430MHz用5P的。考虑到U段频率较高,以及距离馈线接口较远,最好用一小段同轴电缆,电缆两端要良好接地。爱好者在实际制作过程中由于某些因素的影响,可能匹配电容安装位置的差异等原因,分布电容会有所不同,这时使用固定电容可能会影响后期调整,如果使用可调电容就容易些,实际具体方法是只要U段匹配电容用可调的就行。
    将匹配器也装到天线横梁上(参见图3、图4),插好伽马匹配棒(我习惯称为伽马匹配振子),伽马匹配振子到各频段主振子的距离是16mm(指两振子的中心距离),各伽马匹配振子的长度144MHz为从天线横梁中心算起110mm ,430MHz为52mm 。匹配振子上的夹件的安装位置要在后期调整时确定,即使工业生产线上生产出的天线也不能保证所有细节都完全一样,都要在实际使用时最后调整确定,当然,在经过使用多次拆装后证明,如果确定好安装位置并留下记号,以后每次使用只要根据记号所指位置安装就可达到使用要求,驻波都可控制在1.5以下。


    调整方法:
    当所有部件都安装结束后就要对天线进行综合调试,首先观察各振子的安装是否稳固,如果你使用固定匹配电容,而且电容误差较小的话只要将匹配振子上的夹件作简单调整就行。具体位置参看以上图片,先大致安装好,查看驻波应该在3~4以内,如果相差较大,可以判断有以下几种可能:1.电容容量误差较大;2.匹配电容断路;3.主振子长度有误。调整匹配夹件的安装位置时要缓慢移动,如果其它部件无误的话只要几分钟就可以调整好。在调整完成后注意留好记号,以备实际使用时可以方便快速安装。
    如果你所准备的材料与上文有一定出入,那么可能在组装后会有一些不同,当然,这也不用过于担心,只要在匹配器中使用可调电容扩大调整量就可以解决。具体操作时V段仍然使用10P的固定的磁片电容,U段用3~10P可调电容(匹配器外壳有留有调整孔)。在组装完成后,观察仪表的V段驻波值来调整U段匹配电容(这里并非笔误),观察驻波值变小后再适当调整V段夹件,通常情况下驻波值在1.1左右。以上工作完成后U段的调整只要移动其夹件就可以调整,电容也不用再动了。


    注意事项:
    此天线中匹配电容是相互关联的,如果使用可调电容的话单独调整U段可能有几个点驻波是较低的,不能真实的反映情况,由于两个频段是相互关联的,所以以上的调整方式是一种较简便的的方法。
    振子的直径尤其是主振子对整个电气性能会有一定的影响,大家在实际制作过程中需要考虑这方面的因素。天线馈线接口的选用也要注意,接触不良的话对整体性能有很大影响,尤其在开始调试阶段会走很多弯路。此天线有很多可以改进的地方,如增加振子单元数量,提高指向性,但要注意的是这款天线的设计目的是手持使用,指向过于强的话会影响实际使用。通过参看波瓣图(图5)了解大致情况,尤其用天线在测向方面使用更为重要。
匹配振子要选用较好的香蕉插头,香蕉插头弹性件材质为铍青铜或锡磷青铜。

2

3

4

5


 

小巴伦(阻抗比1:1)制作

 

频率范围:1.8~150MHz
    驻 波:小于等于1.1
    承载功率:小于20瓦特

    巴伦(Balun),这里讨论的是宽频带变压器式平衡/不平衡转换,应用目的主要单人户外使用,当然尽可能的体积小巧、轻便,另外功率损耗越小越好,QRP设备的功率是宝贵的,由于户外QRP使用承载功率自然可以小些。

考虑体积重量因素,使用磁环可以尽可能的减小体积,又要兼顾频率范围,所以找到适合的磁环是关键,通过多次实验加运气总算找到理想适宜的磁环了,以下是制作要点及过程。


    要点及过程
    零件的准备除必备的磁环外还要考虑重要的质量问题,如BNC-50KY(BNC座)等,它们直接影响到应用的频率范围。一小段同轴电缆也是必要的,这是在实验二十几次后得出的结果,之前驻波优于1.2的最高频率约66MHz。我没有使用什么高强度漆包线,因承载功率原因这一点反而不是很重要,较厚绝缘皮的线材就不要考虑了,使用频率范围与其有密切关系。至于外壳的选择设计就虽个人喜好了,这里就不作重点讨论,只要强度达到要求就好,当然也要选择绝缘材质的。
    磁环的绕制实际很简单,在后期多次试验后性能是稳定的,绕漆包线(0.51mm)前在小磁环上先绕上一层绝缘胶带,三股漆包线均匀绞合后在磁环上绕8匝,排线要均匀密实。尽可能的缩短绕线的总长度,这与频率范围关系较大。
    接下来就是焊接安装参照电路图,注意磁环绕线的接头与平衡输出端优先靠近焊接安装,在前面提到与BNC-50KY则用一小段同轴电缆连接。所有的焊接和安装需要细心,除了考虑使用强度,还要注意线材的绝缘,高质量的焊锡及熟练短时间的焊接是成功的保证。
    测试
    当所有安装完成后的测试要准备些必要简单的设备,如质量可靠的电缆、天线分析仪、无感电阻等。当然测试方法的不同,设备也不同,在本人的业余条件下应该可以说明该巴伦的业余使用性能。
    首先将无感电阻(双100欧姆微带电阻并联使用)连接在巴伦的平衡输出端,另一端连接天线分析仪,通过图片看到在150MHz以下可以保持驻波1.1以下,调节频率逐渐降低在70MHz以下驻波显示1.0,但我们知道理论上不会是这样的,只是设备所能看到的乐观数据,当然达到了我们初步的要求。对于承载功率的测试严格的说是不完整的,本人只在频率1.8~144MHz,功率20瓦特条件下进行了每段约10分钟的测试,无感电阻有一定的温升,但磁环没有变化(触摸判断,不够严格)。
    最初计划DIY小巴伦的目标是可以工作到6米频段,目前的工作范围可能有参杂运气的结果,对于其承载功率及频率范围,上面给出的数据本人认为还是较保守的,但没有更多的实验测试,所以仅能给出上面的数据。

为便于实际使用,尤其是天线架设时简便安装,在巴伦平衡输出端使用蝶形螺母是方便的。当有空闲时间时还想实验一下其它阻抗比的巴伦,自然也是这种小型的,户外使用是我乐此不疲的。


 
 
 
 

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