2010台式收音机设计漫谈之四——天线 - 博客中国-个人专栏文章

台式收音机与便携式收音机的区别之一在天线的不同,便携机依靠磁棒天线和拉杆天线工作,而台式机则靠外接天线来接收,因此对台式机来说,外接天线也属于收音机的一个配件。

很多资深火腿对天线的重要性感触颇深,对于接收短波电台来说,接收效果的好坏七分在天线,三分在收音机,如果有一付好天线任何不错的收音机都能收到大量电台,只有当信号极端微弱时,或伴有某种干扰时,好的收音机才会发挥威力;相反,如果没有一付好天线的话,再好的机器也不会有多大优势,所有档次的机器接收效果都会很差。因此,当人们爱好无线电到达一定程度以后,便把精力集中在天线上,购买或DIY更高级的天线器材。

我设计的台式机,是以大城市里恶劣的接收环境作为参考的,如果你住在海滨,高山上,或者远离城市的农村,那xx是另一种环境,xx可以设计不同的天线,但这样的爱好者为数不多。

在一个充满干扰的城市环境里应该使用什么天线呢?如果你住在15层商品大楼里应该怎样架设天线呢?这真是一个非常复杂的问题!我购买二手的R71E接收机时老板告诉我应该给此机接一个尽量长的天线,从窗口甩出去一根长线就行,于是我回家后从大楼窗口甩出一根17m长的铜线接到机器的天线端子上,接收到的信号的确很强,但干扰与噪音经常会把电台播音埋没掉,使用各种调控方法都不能xx这可恶的噪音,因此我认为自己居住的环境太差了,架什么天线也不大可能得到良好的短波接收效果。后来有一次偶然地,我把一根3m长的铜线做成环状,环两端分别接地线与天线,结果却相当神奇,中高频段的电台信号相当清晰,低频段被衰减较多,与长天线对比,我发现环状天线的增益相对较低,但信噪比却明显高于长线,调整接收机的高频增益使播放的声音和长天线一样大小时,环线的信噪比要好得多,这令我感觉有趣。后来我又试验把3m铜线沿着铸铁暖气和管道辅设,离金属只有5cm,结果接收效果也会改善很多,许多长线无法收听的,被噪音淹没了的弱小信号都成为可听的了!而且高低频段的灵敏度相差不大,{zh1}我就用这条短天线了。由此可见,天线并非越长越好,并非离地面越高越好。

分析这种现象,一条开放的长线易于感应各种频率的电场,不仅对电波信号敏感,而且对干扰信号同样敏感;圆环天线对于低频来说相当于短路,可以把接收到的信号当中的许多杂散波形短路掉,而保留的高频信号却较多,因此信噪比较高;紧贴暖气的短线由于被地线金属屏蔽,很多杂散电场都被阻挡,因此受到的干扰也相对较少。这种现象在那些大型室外天线当中也有相同的表现,凡是开放型的长线都易受干扰,增益高但信噪比低;而环形/折合天线的噪音都比较低,增益却不高。

即便你家住高楼,任意拉一条天线都相当于是在高空中架线,但其实效果依然不会太好,原因是天线还是不能远离交流电场干扰源。或许在楼顶上把天线架得很高才可以减轻杂波干扰,但实际上却很难实现。在大楼顶上平拉一根倒L长天线最为简单,适应频率范围也宽,但是却不一定能取得好效果,成本也很高,要买很长的铜线和馈线。如果不能架设大型天线,那的确是不太好办的,接收机的工作会大受影响。

我设计的天线是环形的组合结构,单体包含了3个工作频段,分别适应MW/FM/SW,因此属于全能宽频天线。它由多个单元构成,外面{zd0}的圆环是短波谐振环,里面的是调频圆环天线,中心有磁棒天线,还有一个与大环相耦合的小环,作为阻抗变换。四个单元被安装在一片塑料板骨架上,骨架被悬吊安装,从一个驱动盒里延伸出来轴管,轴管固定在骨架上,而驱动盒通过支架固定在阳台上,天线是被倒置安放的,离阳台2m远。

首先说中波磁棒天线,这是一根250mm长的MX400磁棒,用32股线在其两端各绕一段绕组,一个365p/12p的双连可变电容的其中一联与之构成LC回路。和普通的磁棒天线不同,我在磁棒外围用两瓣直径75mm的薄壁铝管作屏蔽罩,可以隔离大量的杂散电场,使磁棒仅仅负责接收磁场电台信号(杂散电波中电场信号占比重最多),该装置可以大大提高接收的信噪比。再谈谈调频圆环天线,它没有什么奇特的,就属于一般的环形天线。最不容易制造的就是短波环,包括谐振环与耦合环,它们的结构是这样的,由一段直径5mm的紫铜管来作导体,给它套上一段尼龙软管,仅留出两端,然后用电容器当中的铝箔纸在软管外面缠绕3层作为屏蔽,注意不能让屏蔽环短路,它在中点接地。大环与可变电容构成回路,可以在5-20MHZ范围内谐振。耦合环被安装在靠近引出线的一侧,天线的阻抗为75欧,由同轴电视电缆作为馈线。双连可变电容器通过长轴与控制盒中的微电机相连。该短波谐振环有良好的抗干扰能力,接收信噪比很高,在调准谐振点以后效果应该很好。

天线电路设计是{zd0}的挑战,其关键在于如何利用单芯同轴电缆来传递大量的控制信息?{dy}点,天线的供电是从接收机中传来的,是通过[幻象供电]实现的,用电容与电感把信号和直流电分割开来。波段的转换采用开关二极管,由供电电压的高低来控制转换到哪一个波段。例如,电压12.5V/12V/11.5V对应着FM/SW/AM三个频段,一块LM339电压比较器来检测电压值并控制转换,而这三种电压经过一个高效稳压电路以后都会被稳成+9V电压,供给电路使用。

这是一个能够遥控旋转的天线,驱动盒里的微电机配以减速器,控制天线骨架在180度范围内旋转。这180度旋转角度又被分成了16等分。在接收机上有一个静止中位拨动开关,每向上拨动一次,天线都会正转11.25度,每向下拨动一次,天线都会反转11.25度。信号的传递是叠加在电源上的负脉冲,以脉冲串的个数来控制不同的功能,例如1个脉冲控制正转,2个脉冲控制反转;3个脉冲控制正向调谐,4个脉冲是反向调谐。天线内部是带有双栅MOS管前端放大器的,增益有10db以上。总之,该天线只有1个插头,只用单芯同轴电缆馈线,就能在接收机端实现远程控制,工作时依赖它的方向性来抵御干扰,屏蔽罩来改善信噪比。目前在市场中似乎还没有这样的组合天线产品,因此只能DIY

Jackwrh 20100328

本科学历,学习机械,爱好电子,音响,电脑,摄影,音乐,文学,及各种艺术.<br/>性格内向,抑郁型,思想深刻,悲观主义者,人性论倡导者,不善交际.<br/>思想活跃,认识深刻,创造力强,动手能力强,吃苦耐劳,毅力尚可,心地善良,乐于助人.

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