天線的一些基本概念

相關(guān)專題: 無(wú)線

天線是FM DX的耳朵,微弱的電波從天線經(jīng)過(guò)饋線進(jìn)入接收機(jī),才能讓我們聽(tīng)到遠(yuǎn)方電臺(tái)的聲音。一個(gè)接收系統(tǒng)的好壞,天線占了一半。我們希望天線能有高的增益,把微弱 的信號(hào)變得響亮,我們希望天線能有一定的選擇能力,把傳呼臺(tái)干擾和本地強(qiáng)臺(tái)擋在外面,我們希望天饋系統(tǒng)盡量減小損耗,把每一微伏的信號(hào)都送到接收機(jī)的前 端。

  對(duì)于大多數(shù)使用便攜式收音機(jī)來(lái)收聽(tīng)FM DX的人說(shuō),他們的天線也許只是收音機(jī)上的拉桿天線,這樣的天線雖然簡(jiǎn)單方便,但是對(duì)于FM DX來(lái)說(shuō),無(wú)論如何是不夠的,盡管拜電離層的恩賜,這樣的天線系統(tǒng)也不是沒(méi)有可能接收到DX信號(hào)。

我將介紹一些常見(jiàn)而且容易自制的天線,這些天線能夠用我們?nèi)粘I钪腥菀椎玫降牟牧现谱。我?huì)逐一制作這些天線,將制作的過(guò)程拍成照片,并給出 盡可能詳細(xì)的尺寸數(shù)據(jù)。盡管我在制作過(guò)程中會(huì)動(dòng)用天線分析儀甚至是綜合測(cè)試儀等設(shè)備,但是我將告訴讀者不使用這些昂貴儀器的調(diào)試方法。至少,完全按照我的 材料、尺寸總不會(huì)錯(cuò)。

電波

在講天線之前,不能不先提一提電波。

我們制作天線的目的是為了捕捉電波,因此,在考慮天線的問(wèn)題之前,絕對(duì)有必要先研究一下電波的問(wèn)題。

FM廣播波段,頻率上是從87.5MHz到108MHz,對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)是3.4米到2.7米,一般稱做3米波段,是VHF(Very High Frequency)的一段。這個(gè)波段以下,54MHz到87.5MHz是電視廣播波段,以上,108MHz到136MHz是航空通訊波段。VHF波段的 電波傳播,主要有三種途徑:

直接波

這是指從發(fā)射天線到接收天線之間,不經(jīng)過(guò)任何發(fā)射,直接到達(dá),電波就象一束光一樣,所以有人稱它為視線傳播。視線傳播這個(gè)名字也表明了這種傳播 方式能夠傳播的距離不遠(yuǎn)。這有兩個(gè)原因,首先是電波從發(fā)射點(diǎn)出發(fā),其能量是以冪級(jí)數(shù)遞減的,而接收機(jī)要能良好地解調(diào)出廣播,需要一定的信號(hào)強(qiáng)度。所以太遠(yuǎn) 的地方,信號(hào)太弱,不足以解調(diào)。如果只是這個(gè)原因,那么拼命提高發(fā)射功率或增加接收天線的增益,也許就可以擴(kuò)大收聽(tīng)的范圍了。但是,還有一個(gè)重要的問(wèn)題 是,地球是圓的,在地球上任何一點(diǎn)發(fā)出的電波,按直線前進(jìn)的方向,最終將離開(kāi)地球射向天空。主要是由于第二個(gè)原因,一般地講,地面上一個(gè)發(fā)射臺(tái)發(fā)出的直線 波,只能傳播到70km遠(yuǎn)處地面上的接收處。如果雙方的高度增加,那么這個(gè)距離還可以增加,但總是有限的。所以,70km,是本地收聽(tīng)的極限,實(shí)際上,由 于山脈、丘陵、房屋的阻擋、反射,這個(gè)距離還要大打折扣,一般可以估計(jì)的距離是35km。

電離層發(fā)射波

這是指電波通過(guò)電離層的發(fā)射達(dá)到接收方。這里面的名堂很多。電離層本身是有多個(gè)層次的,支持短波(1.8MHz到30MHz)反射的電離層是 F1和F2層。F1和F2并不是甘心反射所有的無(wú)線電波,它們能反射的最高頻率是有限的,超過(guò)這個(gè)頻率的電波完全得不到反射,而是穿過(guò)電離層射向太空。如 果沒(méi)有這個(gè)特性,那么通訊衛(wèi)星就不可能存在了,通訊衛(wèi)星就是在電離層外工作的。這個(gè)最高頻率叫作MUF(Max Usable Frequency)。 MUF與很多因素有關(guān),主要是和太陽(yáng)黑子活躍程度以及季節(jié)有關(guān)。太陽(yáng)黑子活躍,MUF就高,天氣熱,MUF也高。MUF最高能高到多少呢?一般在太陽(yáng)黑子 活躍期的夏天,MUF在20MHz到 40MHz之間,很少超過(guò)50MHz。在低的時(shí)候甚至?xí)偷?0MHz以下。但是在太陽(yáng)黑子異;钴S的時(shí)候,MUF也有可能偶然達(dá)到100MHz。這時(shí) 候,就有可能通過(guò)F層發(fā)射收到DX FM了。但是這不是FM DX的主要形式,F(xiàn)M DX主要是通過(guò)另外一個(gè)電離層E層。本來(lái)E層的出現(xiàn)是破壞F層,所以我們不妨記F層為Friend層,E層為Enemy層。但是Es層的出現(xiàn),卻會(huì)形成一 個(gè)短期內(nèi)密度極高的反射層。反射層的密度高,意味著能更好地反射電波。所以Es層開(kāi)通的時(shí)候,DX電臺(tái)的信號(hào)會(huì)異常地強(qiáng)。在6米和10米業(yè)余波段工作的業(yè) 余電臺(tái)都知道, Es層開(kāi)通的時(shí)候,很小的功率,甚至5W,也有可能做DX聯(lián)絡(luò)。Es的開(kāi)通,主要是提供了 800km以內(nèi)電波的傳播路徑。由于信號(hào)很強(qiáng),其實(shí)很多時(shí)候并不需要很好的設(shè)備就可以接收,需要的是耐心和運(yùn)氣。除了這兩種反射,F(xiàn)M DX還有可能通過(guò)對(duì)流層反射和流星余跡到達(dá)你的接收機(jī)。

地波和大氣波導(dǎo)

本來(lái)來(lái)說(shuō),理論上 VHF 是不存在地波的。但是無(wú)數(shù)的實(shí)踐表明,VHF 也存在著某種程度的地波傳播。所以我們能穩(wěn)定地接收200km左右電臺(tái)的信號(hào)。江蘇和安徽兩省的業(yè)余電臺(tái),每年國(guó)慶的時(shí)候都進(jìn)行全省 VHF 移動(dòng)通訊實(shí)驗(yàn),也證明了 VHF 電波可以在 200km 左右的距離得到傳播。大氣波導(dǎo)是另外一種可能傳播VHF電波的手段,不過(guò)人們研究得還不夠多。

既然存在著這些可能,那么如何知道我收到的信號(hào)是以什么方式來(lái)的呢?一般來(lái)說(shuō),如果收到的信號(hào)來(lái)自 70km 以內(nèi)的電臺(tái),基本上可以認(rèn)為是直接波;如果是 200km 以內(nèi),而且信號(hào)穩(wěn)定(不一定強(qiáng)),那么大概是地波;如果是800km以內(nèi),信號(hào)很強(qiáng),但是極不穩(wěn)定,而且偶爾才出現(xiàn),多半是 Es層傳播;如果距離更遠(yuǎn),信號(hào)很弱,大概是F層或其他形式的電離層傳播了。

知道這些有什么用呢?用處在于幫助我們選擇對(duì)天線的要求。比如,F(xiàn)層的傳播有一個(gè)特點(diǎn)是越距,大約 500km 以內(nèi)的電臺(tái)是不可能通過(guò) F 層的傳播來(lái)的,這個(gè)距離內(nèi)的電臺(tái)信號(hào)只能以 Es 層來(lái)。就象在杭州想要接收臺(tái)灣的FM電臺(tái)信號(hào),只能PNP(Plug and pray),等 Es 層,那么天線就要考慮適合Es層的特點(diǎn)。

還有一個(gè)很重要的因素是極化方式,這是很容易被很多愛(ài)好者忽略的問(wèn)題。電波的極化方式有三種:水平極化、垂直極化和圓極化。不管理論上怎么計(jì) 算,簡(jiǎn)單的判斷方法,就是看振子的方向,振子是水平放的就是水平極化,垂直的就是垂直極化,圓極化不用在 FM廣播,可以不管。極化方式之所以重要,是因?yàn)橐蟀l(fā)射方與接收方的極化方式必須一致,才能有好的接收效果。我國(guó)廣播的極化方式是水平極化,所以,接收 天線也應(yīng)水平架設(shè)。如果極化方式不一致,會(huì)有10dB到20dB的損失?墒,經(jīng)過(guò)電離層的反射過(guò)來(lái)的電波,早就被反射得七葷八素、顛三倒四,說(shuō)不定是什 么極化方式了。所以,接收DX信號(hào),其實(shí)垂直極化也不錯(cuò),附帶的一個(gè)好處,就是可以削弱本地電臺(tái)的影響。

 

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