高增益四菱形无线数字电视接收天线制作 ＋－－－－＋ 辐射器距反射板约 8.2 cm 细调之, 至接收讯号最强 将 5c2v 同轴电缆接在 >< 处, 直接往后透过铁丝网引出 若还要提高增益, 可再加装导波环四组 ／＼ ／＼ ／＼ 每个导波环置放于辐射体前方约 18cm 处细调之, 至信号最强 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 此天线很适合安装在墙面上或绑在水塔侧边..
信号强度的差距, 若排除天线频率响应的问题, 主要是看转播站位置, 距离及接收与发射天线的辐射涵盖图形, 另直射波与反射波也会有所关系.. 在无线电领域, 基本的评估方式如下(理想状况): Ri = Po - Co + Ao - 92.4 - 20 log D - 20 log F + Ar - Cr Ri : 接收到的信号准位, 单位 dbm 以上式子是电波在真空中, 理想状态下的传输, 这里要特别提到一点是, 式子中, 似乎频率越高, 传输衰减越严重,故有些文章会如此描述, 但实则不然, 式子中频率越高, 衰减越多是因为天线的长度随着所使用波长的缩短而缩短, 故等效截收截面积跟着缩减的关系, 也因为是面积, 故用 20 log 而不是 10 log.. 由此式子我们也可以知道, 距离每增一倍, 在其它条件都不变的情况下, 接收信号准位少 6db, 故距离增一倍, 若要维持相同的接收信号强度, 除了增加功率 6db 外, 就是要提升天线系统 Ao + Ar 6db.. 这是理想状况的式子, 在实际情况下, 我们还会碰到障碍物所引起的绕射, 反射等多重影响, 这就用到 "夫累聂" 带的评估, 这在以后有兴趣时, 再来谈谈.. 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xx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.. 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 及微卫星通讯的业余自制天线, 常被采用.. 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{zd0}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.. 我们以 4 菱形天线来看其动作原理.. 若还要再提升增益, 有几个方法:
如下图, 希望天线组增益{zd0}方向是斜向左侧 N 度 同相位的位置 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.. 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 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: 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 及迭接合并法则没这样的困扰.. 这里顺带一提, 使用共振线法, 因为频率不同, 共振线长度就需要不同, 故共振线方式只能用在窄频带.. 而底下这张照片中的 16 菱形天线, 就是利用迭接法将四组四菱形天线合并, 故每两组天线的馈电点左右相反, 而分支电缆长度都相同, 故{zd0}增益方向垂直于天线面, 也就是朝向您的方向..
/\ ↓共 16 个 至于所制作出来的天线大小, 请各位以天线单边长来绘图想象一下吧.... 当初我所制作的那个拿来收台北数字电视讯号的 4x 含一组导波, 印象中高近 90 cm, 厚近 30cm (不做导波装置会薄很多), 宽约 30~40 cm 忘了! 故真要像照片那样做 16 菱形, 则天线长宽各约. 1 米, 若想垂直方向迭接, 天线将高达 3 米.....><" 最初由 antion 发表 嗯! 是可以, 但是一般全向性垂直天线为垂直极化, 极化不匹配, 会有损失, 其实只要做出水平极化的全向形天线即可: 建议可以试着装设环型天线, 如双菱形的型态, 而不加反射板, 若车用机有自动天线切换装置(空间分集接收型, 大多为拥有两组天线输入接座, 找看看, 看是否有四输入的机型), 则装设两组, 分别朝向相差 90 度的方向.. 因为不加反射板的双菱形, 其辐射图场是类似赫芝天线的 " 8 " 字型 －－－ 左边天线 右边天线 左边天线 右边天线 ／＼ ｜ ｜ ／＼ 从前后看 从侧边看 每一组天线各接往接收机其中一组天线输入端子接座 若制作技巧足够者, 可以试着将它们复合在一起: ／｜＼ 每一组天线也一样各接往接收机其中一组天线输入接座 若接收机是单{yt}线输入型态者(无空间分集), 可以参考上次在 pczone 所讨论的全向性天线的做法, 将每个环的方向个别朝向相差 90 度的面向如下图: ｜ ／＼ 或者如下图: ／＼ ｜ 或者像渔船的通信天线如下图: 不然将个别朝向不同方向的方向性天线, 利用合并分配器连结后成一路后, 接到接收机也是可以: 从上(下)往下(上)看 若是两组天线输入的机器, 可用 2 to 1 的合并器两组, 以两组天线为一单位, 分别接续两组, 个别接到接收机天线输入端头.. 若您的接收机为具备四组天线输入端子的空间分集接收机, 那么将个别天线接往各端子, 会是{zj0}组合..
要制作它是很简单的, 材料到五金行及水电行买: 1.充当反射板的镀锌铁丝网, 铁丝不要太细, {zh0}有 1mm 直径以上, 免得容易了掉, 网孔大小至少要能穿过同轴电缆.. 2.制作辐射器用的电线, 一般的电源导线即可, 导体直径建议至少 1mm 以上, 免得容易断掉.. 3.用来当支架的水管, 用四分管即可, 若想要做得漂亮, 可搭配一些 T 型管.. 4.自攻(自攻牙)螺钉, 就是尾巴尖尖, 可以直接锁进木头的那种.. 再来就是制作天线, 首先您要决定如何利用水管制作天线骨架的几何型态, 简单的参考做法如下图: ps:此处以双菱形举例, 仅是举例, 希望您自己动动脑看以啥方式是{zh0}的, 我自己做的, 是用另外的方式..
侧 面 图
水管 同轴电缆, 穿过铁丝网, 绕过垂 俯 视 图
↙ 12.6 cm, 为方便制作,
由此可知, 双菱形辐射器高等于 而四菱形高就约为 72 cm.. 但这单指辐射器本体, 因为反射器必须比辐射器还大, 故以双菱形来说, 就至少需用 40 * 20 的铁丝网, 而四菱形的反射器至少需为 80 * 20 的铁丝网, 而我因为是制作４菱形, 所以当初是购买一尺未经裁切的量(高约３尺)来制作的.
相当符合目前转播站发送的电波极化方向.. 此外这种天线从上往下看, 其波束角约有 60 度, 故您所谓的 2 度, 应是指天线倾斜的程度, 但在垂直面的波束角, 也不只 2 度, 我想您家里接收到的强度与质量, 大概只落在临界点附近, 在这样的环境下测试, 测不出天线应有的波束特性, 故可以的话, {zh0}加上反射板后, 到空旷可直视转播站的地点测试看看.. 2.宜兰属平原地带且幅员距离最远仅 45KM 上下, 排除建物阻挡外, 均可直视转播站, 故信号良好是应当的, 而双菱形天线行动状态下使用, 因为车辆方向随时在改变, 而此种天线有方向性, 故很可能您在测试时, 电波源时常落在该天线波束角外; 若要让它对四面八方的电波源都可接收, 可以参考之前的举例, 尤其是用四菱形弯成下图的方式: ／＼ ｜ 信号强度的差距, 若排除天线频率响应的问题, 主要是看转播站位置, 距离及接收与发射天线的辐射涵盖图形, 另直射波与反射波也会有所关系.. 在无线电领域, 基本的评估方式如下(理想状况): Ri = Po - Co + Ao - 92.4 - 20 log D - 20 log F + Ar - Cr Ri : 接收到的信号准位, 单位 dbm 以上式子是电波在真空中, 理想状态下的传输, 这里要特别提到一点是, 式子中, 似乎频率越高, 传输衰减越严重,故有些文章会如此描述, 但实则不然, 式子中频率越高, 衰减越多是因为天线的长度随着所使用波长的缩短而缩短, 故等效截收截面积跟着缩减的关系, 也因为是面积, 故用 20 log 而不是 10 log.. 由此式子我们也可以知道, 距离每增一倍, 在其它条件都不变的情况下, 接收信号准位少 6db, 故距离增一倍, 若要维持相同的接收信号强度, 除了增加功率 6db 外, 就是要提升天线系统 Ao + Ar 6db.. 这是理想状况的式子, 在实际情况下, 我们还会碰到障碍物所引起的绕射, 反射等多重影响, 这就用到 "夫累聂" 带的评估, 这在以后有兴趣时, 再来谈谈.. 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xx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.. 所谓的 Dopplequad 就是 daul quad ! 也就是之前写的 2x quad antenna, 它的理论增益约 3.15 + 3 + 3 = 9.15dbi, 辐射体到反射体的距离与反射体大小及密度, 都会决定该天线的阻抗特性及辐射图场, 一般来说, 反射体比所使用半波长还长即可, 更长一点, 在某个范围内波束角会小一点, 波束更集中, 而距离的选择, 大致上是所使用波长的 1/6.5 左右, 但没有确切的数据, 因为这与您所使用的反射体结构与密度及大小有关, 须经实作调整.. 若您还想再提升增益, 可以试着以下做法: 侧面图: 顶视图: 将这端点远离反射板 ↘ 将这端点远离反射板
因为不加反射板的双菱形, 其辐射图场是类似赫芝天线的 " 8 " 字型 －－－ 左边天线 右边天线 左边天线 右边天线 ／＼ ｜ ｜ ／＼ 从前后看 从侧边看 每一组天线各接往接收机其中一组天线输入端子接座 若制作技巧足够者, 可以试着将它们复合在一起: ／｜＼ 每一组天线也一样各接往接收机其中一组天线输入接座 若接收机是单{yt}线输入型态者(无空间分集), 可以参考上次在 pczone 所讨论的全向性天线的做法, 将每个环的方向个别朝向相差 90 度的面向如下图: ｜ ／＼ 或者如下图: ／＼ ｜ 或者像渔船的通信天线如下图: 不然将个别朝向不同方向的方向性天线, 利用合并分配器连结后成一路后, 接到接收机也是可以: 从上(下)往下(上)看 若是两组天线输入的机器, 可用 2 to 1 的合并器两组, 以两组天线为一单位, 分别接续两组, 个别接到接收机天线输入端头.. 若接收机为具备四组天线输入端子的空间分集接收机, 那么将个别天线接往各端子, 会是{zj0}组合..
我擦，看这玩意比上学还难受·····只能勉强用个锅盖罩着定向天线了······· |
