探索短波小尺寸天线的可能性

BA5RW/周嵬

    我们先来看一段有关无线电天线发射原理的描述:电以接近光的速度在导体中传播,当遇到导体中的不连续点时,它就会被反射回信号源。如果电流是交变的,并且反射电流在恰当的时刻返回原点或馈电点,那么电流就会受到后面各周期的强化,从而只需要很小的能量就可维持天线内的驻波。即由于驻波的存在使天线处于谐振状态。从而向空间发射电波。在谐振状态下,电压在电流为{zd0}值的中点(振子的中点)是很少,在两端却有极大值,欧姆定律适用于天线,在中点由于电流大,电压低,所以电阻较小,在两端情形恰好相反,因而阻抗较高。(该段原文摘自网络)

    在我入门业余无线电的初期,一直被上述的理论描述所迷惑,可能许多朋友和我以前一样固执认为小尺寸的实用短波天线是不可能实现的。直到前几年我的一个朋友BD5QDM在我的单位实践了EH天线,并和福州的爱好者一起到长乐大鹤海滨在21兆频段上用QRP小功率通联到我们在日本的JA3BOU山本老朋友才改变了我的观念。但是EH天线一直用很玄乎的理论使人难以理解,看到BD5QDM按照外文的说明步骤痛苦的摸索制作这种天线的过程,我几乎不想介入,第二个EH天线,他也已经放弃了。做为爱好者,我的手上并没有可用的仪器能实践理解EH天线的理论依据。直到最近,我突然间领悟到,我应该用自己的方式来考量小尺寸短波天线的可行性。

    我查阅了一些业余无线电通俗读物,似乎异口同声的说到{zj0}的短波天线应该是四分之一波长,开始以为是天线通用50欧阻抗标准的关系,但是越来越多的文章说到的都是类似于本文开头摘抄的那段描述,现在可以确认,主要的原因是因为现代短波天线基本上都按照传输线的原理来分析的。

    但是在我少年的时候,曾经看到过一本中学物理旧课本上有一个图例,介绍无线电天线的原理是一个封闭的电容逐渐张开,形成开放的辐射电场,交变电场导致电磁辐射,接收机只要处在这个辐射球的范围内,就能接收无线电信号。这一插图深深的印在我的脑海,今晚,不知为何这个N年前的记忆突然使我恍然大悟:国外网站介绍的EH天线是不是就是一个开放极板的电容天线?

    这种天线因为极板的长度和波长的比例悬殊,可以不按照传输线的理论来分析,而是xx按照电容器的特征来看待!剩下的事情就是如何馈电和调整馈电的线圈了。

    短波天线的尺寸一直困扰着城市的业余无线电爱好者,也困扰着短波移动通信爱好者。有了这一番的认识,我感觉有希望通过实践来验证我的想法,不需要再纠缠于EH天线的深奥理论,只要简单的把这种天线看成一个中间馈电的、两端圆筒极板分布的开放式电容器即可。在无线电领域,电流其实就是磁场的另一种名称,电场可以用电压强度来测量,电流就是磁场强度了,因为电场和磁场就是一种能量对,它们之间总是处于交替状态,它们的乘积就是辐射功率,所以只需测量其中一种形式和功率就可以知道另一个参数了。而场强表是可以DIY的最简单的仪表,制作也最容易,所以我想用这东西来做辅助工具,完成我的小尺寸短波天线的实验。当然,我自己还有一个有利的条件,我还可以借助我自己DIY的天线分析仪来实现这一计划。在实践之前,我先做几个猜想。

    {dy}个猜想:电容尺寸与形状的设计应该跟频率和辐射性能有关,也就是频率越低,尺寸越大,以保持一定的电容量,否则要通过一定功率的高频电流就要有更高的高频电压,所以这一容值决定了天线的实用性,太高的电压将导致空气电离变成特斯拉线圈,那会消耗掉有用的电磁辐射能量,太大的尺寸虽然降低了高频电压要求,但失去了小尺寸天线的意义。电容量的取值还决定耦合互感线圈的综合参数,需要一番斟酌。

    {zj0}形状无疑就是两个圆筒状极板垂直分布,以要求电场分布最终呈球面辐射,这和EH天线所描述的形状是一致的。

    第二个猜想:馈电只能使用互感线圈实现阻抗变换。此时,初级线圈电感量应该满足一个极限值,感抗不宜太大。感觉要求不高,主要看和次级线圈的比率和效率情况而定。

    第三个猜想:互感线线圈的次级必需和上述辐射电容谐振到工作频点上,这样才能正确同相馈电,把反射能量减到最小,以求和发射机实现xx的阻抗匹配。这一步可以借助我自己的天线分析仪来调整线圈的抽头和位置。

    天线的整体结构,我想既可以把馈线从圆筒中间走,也可以从外面中部垂直走向。

    好了,后面就找个时间实践看看。也希望来我的博客作客的爱好者朋友一起来探索这些小尺寸天线的实现途径。



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