NVF
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山賊兄的天線製作續文.....
舉例:
引用:
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最初由 NVF 發表
不過有關式子的運算對大部分的人來說恐怕不是那麼容易了解,請問能否依
這型天線作範本,實際算出接收DVB/T的尺寸,讓大家可由實踐並去推理式子的原理.
另外此天線很適合使用雙面PC版來製作,不過4個環狀天線並連需要用電路匹配嗎?
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單一組(四個環)的不須特別做阻抗匹配, 但要再合併多個時就需要..
這種利用兩組環形天線並聯, 加上反射板的天線, 記得好像是一位德國人發明的, 因為效能良好, 尤其是在 UHF 頻帶, 製作也簡單, 水平波束角寬, 且為水平極化, 阻抗在 50ohm 附近, 在 UHF 及微衛星通訊的業餘自製天線, 常被採用..
一個環形天線的圓週長等於所使用波長乘上 1.01~1.1 時, 處於諧振狀態, 且等長線段涵蓋最大截面積是呈現圓形, 在此狀況下, 環形天線有效截面比 dipole 大, 故約比 dipole 天線多出 1db 的增益, 已知標準 dipole 天線增益為 2.15dbi, 故一組環形天線增益約為 3.15dbi, 當將兩組環形並接時, 截面積增一倍, 增益加 3db, 再加上反射板, 將朝後的能量往前送, 增益再增一倍, 故雙環形天線加上反射板, 增益可達 3.15+3+3 = 9.15dbi, 實作上可以利用調整到反射板的距離, 將波束集中一些, 故可獲得約 9~12 dbi 的天線增益; 而四環形天線, 環形數量比雙環形多一倍, 有效截面積多出將近一倍, 故增益約可達 12~15dbi..
我們以 4 菱形天線來看其動作原理..
假設饋電纜中心導體接天線右側激勵點" < ", 外部導體接天線左側激勵點 " > ", 那麼呈現在天線的高頻電波相位如下:
０
／＼
↗ ↘
２７０／ ＼ ９０
＼ ／
↖ ↙
１８０ ＼／ ０
／＼
↙ ↖
２７０／ ＼ ９０
＼ ／
↘ ↗ 此處接同軸電纜中心導體, 定義相位為 0 度
１８０ ）（ ０ 換言之另一側相位就是 180 度, 在經過四分
↗ ↘ 之一波長的單邊長度, 電波延遲移相 90 度,
／ ＼ 再經過四分之一波長單邊長度, 電波再移相
＼ ／ 成為 180 度到左側, 從圖面箭頭路徑可知, 從
↖ ↙ 上到下, 所有天線激勵均左右同相位, 依天線
＼／ 收發等效原理, 接收天線所截收下來的電波,
／＼ 在饋電點相位都一樣, 故波幅增加..
↗ ↘ 但因為實際環週長是比所使用波長還長, 再
／ ＼ 考量導體傳送電波時應有的波長縮短因子,
＼ ／ 故實際上每經過單邊長度後, 電波延遲所呈
↖ ↙ 現的相位增加比 90 度還多, 故像這樣的疊
＼／ 接, 以中心點起算到上下兩端, 以兩個環形
(一共四個) 為限, 再多也提昇不了多少增益,
且當以此天線為發射天線的立場觀之, 較大
部分的能量集中在靠近中央的兩個環上, 故
若再增加疊接數量, 提昇的效果非常有限..
若還要再提昇增益, 有幾個方法:
1.利用導波板(四個環):
作用原理如同 YAGI 的導波器, 在增加一組導波板時, 增益約可
增加 3db, 在天線方向上再增加導波板數量, 適當調整距離間格,
導波板數量每增一倍, 增益多 3db, 而實際上如同 YAGI 的導波器,
並不到 3db 那麼多, 且有一定極限..
下圖是運用在 2.45 GHz 的頻率上, 若要用在 DVB-T的頻帶, 記得
換算波長:
2.利用反射板:
作用原理如同碟形天線的碟子一般, 如圖
3.數個四菱形天線, 利用功率分配合成網路, 將每個天線的訊號合併在一起, 在 UHF 帶, 因為有現成的分配合成器, 且價位低廉, 不像在 SHF 帶那麼昂貴, 建議直接購用現成的分配成器即可, 就如同將兩個 YAGI 天線疊接一般, 須考量各個分支電纜長度, 讓每個天線所截收下來的信號, 到達合併點時須為同相位, 但因為４菱形天線的水平波束角相當寬, 若想讓天線最大增益方向不是在正前方時, 可以增減各個分支電纜的長度, 讓在某方向的電波, 經由各個天線接收下來到達合併點時能夠同相..
如下圖, 希望天線組增益最大方向是斜向左側 N 度
同相位的位置
＼ ＼ ＼／ 各個天線所接收的電波相位, 以最左邊的
＼ ＼ ／＼ 天線為零度來當基準, 則
＼ ＼／ ＼ X = x / (C / F) * 360
＼ ＼ ／＼ ＼ｚ= 電波路徑長 Y = y / (C / F) * 360
＼ ＼／ ＼ｙ ＼ Z = z / (C / F) * 360
↘ ／↘ｘ ↘ ↘
↘ ↘ ↘ ↘
Ｏ Ｘ Ｙ Ｚ 所使用的電纜長度
－＋－ －＋－ －＋－ －＋－ c1.c2.c3.c4 , 須讓電
｜ ｜ ｜ ｜ 波傳送到合併器時
｜ ｜ ｜ ｜ 相位一樣, 那麼天線
ｃ１｜ ｃ２｜ ｃ３｜ ｃ４｜ 最大增益方向就會
｜ ｜ ｜ ｜ 朝向左側 N 度的位置
＼ ＼ ／ ／ , 這種做法, 就如同
＼ ｜ ｜ ／ 相位陣列天線一般..
＼ ｜ ｜ ／ 此處以 c1 的電纜出口
＋－－－－－－－－－－－－－＋ 為 0 度, 那麼 c2 相位
｜ ｜ 延遲就是 -X, C3 為 -Y
｜ ｜ C4 為 -Z, 那麼電波到
｜ ｜ 達合併器時, 相位就
｜ ｜ 會一樣..
另外要注意, 一般 VHF/UHF 的功率合併分配器, 其每組分支出口的相位有可能相差 180 度, 譬如一分二(二合一), 其兩組輸出相位可能剛好相反 (視分配合成器的結構而定), 須把此項因素考量進去, 通常的做法是若發現此種現象, 將天線饋電點位置左右互換即可..
這裡要注意的是, 電波在電纜中傳送的速度較真空慢, 故利用電纜長度來達到電波相位延遲, 須先查表得知電波在該種電纜的波長縮減比例, 以 RG58 來說, 這個值約為 0.66, 換言之, 300MHz 的電波在真空中波長約為 1M, 該電波在真空中傳輸一公尺遠的點, 電壓與原點同相, 故利用一米長的 RG58 傳輸該電波, 在電纜出口處的電波相位與電纜入口比較將會是
L/ (C/F*0.66) * 360 = 1米 / (光速/300MHz * 0.66) * 360 = 185.5 度..
而 SHF 因為頻率高, 一般市售 VHF/UHF 功率合成分配器 (變壓器結構) 不適用, 此時可以利用電纜來製作, 大體上有兩種方式, 一是共振線法, 一是疊接並接法, 參考以下我以前寫的網頁:
http://home.pchome.com.tw/mysite/ch...ant-network.htm
網頁中的數值, 是以 50 ohm 阻抗的系統來舉例, 75 ohm 的系統也可用, 只是共振線的取得較困難, 尤其是 1 to 2 時, 其共振線傳輸阻抗會是 sqr(150*75)= 106ohm 及 sqr(37.5*75) = 53ohm兩種數值,前者很難找到這樣的電纜, 後者倒是可以用 rg58 (50~52ohm); 而 1 to 4 及疊接合併法則沒這樣的困擾..
這裡順帶一提, 使用共振線法, 因為頻率不同, 共振線長度就需要不同, 故共振線方式只能用在窄頻帶..
而底下這張照片中的 16 菱形天線, 就是利用疊接法將四組四菱形天線合併, 故每兩組天線的饋電點左右相反, 而分支電纜長度都相同, 故最大增益方向垂直於天線面, 也就是朝向您的方向..
這個天線排列方式, 其水平波束角相當窄, 約在 10~20 度之間, 若全部以垂直方式來合併如同下圖方式, 則水平波束角與原 4 菱形同, 但垂直波束角約只有 3 度:
/\ ↓共 16 個
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至於所製作出來的天線大小, 請各位以天線單邊長來繪圖想像一下吧.... 當初我所製作的那個拿來收台北數位電視訊號的 4x 含一組導波, 印象中高近 90 cm, 厚近 30cm (不做導波裝置會薄很多), 寬約 30~40 cm 忘了! 故真要像照片那樣做 16 菱形, 則天線長寬各約. 1 米, 若想垂直方向疊接, 天線將高達 3 米.....><"
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數位電視高增益天線DIY技術討論專區.....
2004-07-30 11:49 AM
