關(guān)于菱形天線的原理1

1、關(guān)于菱形天線的原理1地面高清 2009-08-15 20:27:36 閱讀70 評論0 字號：大中小 高增益四菱形無線數(shù)字電視接收天線制作中心頻率為 600MHz。輻射器距反射板約 8.2 cm 細(xì)調(diào)之, 至接收訊號最強反射板到五金行購鍍鋅鐵網(wǎng)來作輻射器使用一般 1.0 的 PVC 單心電線繞制輻射體詳圖:此處交叉, 但不短路）（此處不交叉, 形成, 中央 , 外部導(dǎo)體接另一邊 處, 直接往后透過鐵絲網(wǎng)引出增益約有 15dbi 上下水平波束角約 60 度到 70 度之間利用 PVC 水管及木螺紋釘作為支撐骨架即可若還要提高增益, 可再加裝導(dǎo)波環(huán)四組。每個導(dǎo)波環(huán)置放于輻射體前方約 18cm 處細(xì)

2、調(diào)之, 至信號最強加裝一組(四個)導(dǎo)波環(huán), 增益可達(dá) 17dbi 上下加裝導(dǎo)波環(huán)后, 水平波束角會減小.輻射器或?qū)Рōh(huán)的骨架固定例(此處以導(dǎo)波環(huán)為例):木螺紋釘此處繞線。（。）。如此繞線就可以在同一平面上。（。） 此天線很適合安裝在墻面上或綁在水塔側(cè)邊.若覺得您的接收訊號不佳, 試試這個自制天線, 我拿它在宜蘭可以收到臺北竹子山的訊號.-信號強度的差距, 若排除天線頻率響應(yīng)的問題, 主要是看轉(zhuǎn)播站位置, 距離及接收與發(fā)射天線的輻射涵蓋圖形, 另直射波與反射波也會有所關(guān)系.在無線電領(lǐng)域, 基本的評估方式如下(理想狀況):Ri = Po - Co + Ao - 92.4 - 20 log D -

3、20 log F + Ar - CrRi : 接收到的信號準(zhǔn)位, 單位 dbmPo : 發(fā)射機輸出功率, 單位 dbmCo : 發(fā)射機電波饋送電纜傳輸損失, 單位 dbAo : 以接收者的位置觀察, 發(fā)射機天線在此角度的增益,單位 dbi , 通常發(fā)射天線增益會以最大增益方向角度的增益值來標(biāo)示,但是以廣播發(fā)射站而言, 會因接收者位置的不同, 相對于天線角度的不同, 而呈現(xiàn)不同的增益.92.4 : 真空傳播衰減常數(shù), 若頻率單位改用 MHz 時, 常數(shù)值則為 32.4, 因為 20log F(Ghz) = 60 + 20log F(MHz),同理, 若距離單位改用公尺或英里, 也是如此轉(zhuǎn)換, 我

4、個人是喜歡用 92.4 的常數(shù).D : 接收點到發(fā)射點間的距離, 單位公里F : 所使用頻率, 單位 GHzAr : 接收器天線增益, 單位 dbi 但若發(fā)射站位置不在該天線最大增益方向, 記得扣除相對增益.Cr : 接收器傳輸電纜傳輸損失, 單位 db以上式子是電波在真空中, 理想狀態(tài)下的傳輸, 這里要特別提到一點是, 式子中, 似乎頻率越高, 傳輸衰減越嚴(yán)重,故有些文章會如此描述, 但實則不然, 式子中頻率越高, 衰減越多是因為天線的長度隨著所使用波長的縮短而縮短, 故等效截收截面積跟著縮減的關(guān)系, 也因為是面積, 故用 20 log 而不是 10 log.由此式子我們也可以知道, 距離每

5、增一倍, 在其它條件都不變的情況下, 接收信號準(zhǔn)位少 6db, 故距離增一倍, 若要維持相同的接收信號強度, 除了增加功率 6db 外, 就是要提升天線系統(tǒng) Ao + Ar 6db.這是理想狀況的式子, 在實際情況下, 我們還會碰到障礙物所引起的繞射, 反射等多重影響, 這就用到 夫累聶 帶的評估, 這在以后有興趣時, 再來談?wù)?至于為何要乘上 1.01, 主要是環(huán)型天線周長約略等于 1.011.1 波長時, 虛數(shù)阻抗幾近為零(天線諧振), 此時其阻抗值約為 100 ohm, 我們看這種天線結(jié)構(gòu), 剛好主要是兩個環(huán)型并接, 故可得到 50 ohm 的天線阻抗, 雖然用在 75 ohm 的接收系

6、統(tǒng)時, 因阻抗不完全匹配, 其 SWR 會稍高, 但因為是接收系統(tǒng), 沒有發(fā)射機, 故不必?fù)?dān)心因阻抗不匹配而損壞發(fā)射機, 更何況加上反射板時, 天線整體會呈電感性, 阻抗也會增加, 用在 75 ohm 的接收系統(tǒng), 不會有啥大問題單一組(四個環(huán))的不須特別做阻抗匹配, 但要再合并多個時就需要.這種利用兩組環(huán)形天線并聯(lián), 加上反射板的天線, 記得好像是一位德國人發(fā)明的, 因為效能良好, 尤其是在 UHF 頻帶, 制作也簡單, 水平波束角寬, 且為水平極化, 阻抗在 50ohm 附近, 在 UHF 及微衛(wèi)星通訊的業(yè)余自制天線, 常被采用.一個環(huán)形天線的圓周長等于所使用波長乘上 1.011.1 時,

7、 處于諧振狀態(tài), 且等長線段涵蓋最大截面積是呈現(xiàn)圓形, 在此狀況下, 環(huán)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(biāo)準(zhǔn) dipole 天線增益為 2.15dbi, 故一組環(huán)形天線增益約為 3.15dbi, 當(dāng)將兩組環(huán)形并接時, 截面積增一倍, 增益加 3db, 再加上反射板, 將朝后的能量往前送, 增益再增一倍, 故雙環(huán)形天線加上反射板, 增益可達(dá) 3.15+3+3 = 9.15dbi, 實作上可以利用調(diào)整到反射板的距離, 將波束集中一些, 故可獲得約 912 dbi 的天線增益; 而四環(huán)形天線, 環(huán)形數(shù)量比雙環(huán)形多一倍, 有效截面積多出將近一

8、倍, 故增益約可達(dá) 1215dbi.我們以 4 菱形天線來看其動作原理.假設(shè)饋電纜中心導(dǎo)體接天線右側(cè)激勵點 , 那么呈現(xiàn)在天線的高頻電波相位如下:此處接同軸電纜中心導(dǎo)體, 定義相位為 0 度）（換言之另一側(cè)相位就是 180 度, 在經(jīng)過四分之一波長的單邊長度, 電波延遲移相 90 度,再經(jīng)過四分之一波長單邊長度, 電波再移相成為 180 度到左側(cè), 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(fā)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(huán)周長是比所使用波長還長, 再考慮導(dǎo)體傳送電波時應(yīng)有的波長縮短因子, 故實際上每經(jīng)過單邊長度

9、后, 電波延遲所呈現(xiàn)的相位增加比 90 度還多, 故像這樣的迭接, 以中心點起算到上下兩端, 以兩個環(huán)形(一共四個) 為限, 再多也提升不了多少增益,且當(dāng)以此天線為發(fā)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(huán)上, 故若再增加迭接數(shù)量, 提升的效果非常有限.若還要再提升增益, 有幾個方法:1.利用導(dǎo)波板(四個環(huán)):作用原理如同 YAGI 的導(dǎo)波器, 在增加一組導(dǎo)波板時, 增益約可增加 3db, 在天線方向上再增加導(dǎo)波板數(shù)量, 適當(dāng)調(diào)整距離間格, 導(dǎo)波板數(shù)量每增一倍, 增益多 3db, 而實際上如同 YAGI 的導(dǎo)波器, 并不到 3db 那么多, 且有一定極限.下圖是運用在 2.45

10、 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(shù)個四菱形天線, 利用功率分配合成網(wǎng)絡(luò), 將每個天線的訊號合并在一起, 在 UHF 帶, 因為有現(xiàn)成的分配合成器, 且價位低廉, 不像在 SHF 帶那么昂貴, 建議直接購用現(xiàn)成的分配成器即可, 就如同將兩個 YAGI 天線迭接一般, 須考慮各個分支電纜長度, 讓每個天線所截收下來的信號, 到達(dá)合并點時須為同相位, 但因為菱形天線的水平波束角相當(dāng)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(jīng)由各個天線接收下來到達(dá)合并點時能

11、夠同相.如下圖, 希望天線組增益最大方向是斜向左側(cè) 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(dāng)基準(zhǔn), 則X = x / (C / F) * 360= 電波路徑長 Y = y / (C / F) * 360Z = z / (C / F) * 360所使用的電纜長度c1.c2.c3.c4 , 須讓電波傳送到合并器時相位一樣, 那么天線最大增益方向就會朝向左側(cè) N 度的位置 , 這種做法, 就如同相位數(shù)組天線一般.此處以 c1 的電纜出口為 0 度, 那么 c2 相位延遲就是 -X, C3 為 -Y C4 為 -Z, 那么電波到 達(dá)合并器時, 相位就會一樣.另外要注意,

12、一般 VHF/UHF 的功率合并分配器, 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(jié)構(gòu)而定), 須把此項因素考慮進(jìn)去, 通常的做法是若發(fā)現(xiàn)此種現(xiàn)象, 將天線饋電點位置左右互換即可.這里要注意的是, 電波在電纜中傳送的速度較真空慢, 故利用電纜長度來達(dá)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(yuǎn)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

13、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(jié)構(gòu)) 不適用, 此時可以利用電纜來制作, 大體上有兩種方式, 一是共振線法, 一是迭接并接法, 參考以下我以前寫的網(wǎng)頁:.tw/mysite/ch.ant-network.htm網(wǎng)頁中的數(shù)值, 是以 50 ohm 阻抗的系統(tǒng)來舉例, 75 ohm 的系統(tǒng)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

14、會是 sqr(150*75)= 106ohm 及 sqr(37.5*75) = 53ohm兩種數(shù)值,前者很難找到這樣的電纜, 后者倒是可以用 rg58 (5052ohm); 而 1 to 4 及迭接合并法則沒這樣的困擾.這里順帶一提, 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, 就是利用迭接法將四組四菱形天線合并, 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于天線面, 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(dāng)窄, 約在 1020 度之間, 若全部以垂直方式來合并如同下圖

15、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/ / / / / / / / 至于所制作出來的天線大小, 請各位以天線單邊長來繪圖想象一下吧. 當(dāng)初我所制作的那個拿來收臺北數(shù)字電視訊號的 4x 含一組導(dǎo)波, 印象中高近 90 cm, 厚近 30cm (不做導(dǎo)波裝置會薄很多), 寬約 3040 cm 忘了!故真要像照片那樣做 16 菱形, 則天線長寬各約. 1 米, 若想垂直方向迭接, 天線將高達(dá) 3 米.最初由 antion 發(fā)表車機建議還是使用全方位的垂直天線比較適當(dāng)。因為在車天線上裝上反射板，天線會變成有方向性，可能會影響行動時的收視訊號喔！除非您車輛定

16、點收視。但是一般全向性垂直天線為垂直極化, 極化不匹配, 會有損失, 其實只要做出水平極化的全向形天線即可:建議可以試著裝設(shè)環(huán)型天線, 如雙菱形的型態(tài), 而不加反射板, 若車用機有自動天線切換裝置(空間分集接收型, 大多為擁有兩組天線輸入接座, 找看看, 看是否有四輸入的機型), 則裝設(shè)兩組, 分別朝向相差 90 度的方向.因為不加反射板的雙菱形, 其輻射圖場是類似赫芝天線的 8 字型/|/ 從上往下看/|/ 因此如下圖擺放, 那么左邊的天線接收前后方向(出入屏幕方向), 右邊擺放接收左右方向, 因此不管波源在哪個方向都可涵蓋到.左邊天線右邊天線左邊天線右邊天線從前后看從側(cè)邊看每一組天線各接往

17、接收機其中一組天線輸入端子接座若制作技巧足夠者, 可以試著將它們復(fù)合在一起:每一組天線也一樣各接往接收機其中一組天線輸入接座若接收機是單一天線輸入型態(tài)者(無空間分集), 可以參考上次在 pczone 所討論的全向性天線的做法, 將每個環(huán)的方向個別朝向相差 90 度的面向如下圖: 從前后看從左右看或者如下圖: 從前后看從左右看或者像漁船的通信天線如下圖:這兩組天這兩組天線端子接線端子接在一起，在一起，接同軸中心接同軸外部從側(cè)面看從底側(cè)往上看不然將個別朝向不同方向的方向性天線, 利用合并分配器連結(jié)后成一路后, 接到接收機也是可以:前左右后：代表合并器從上(下)往下(上)看若是兩組天線輸入的機器,

18、可用 2 to 1 的合并器兩組, 以兩組天線為一單位, 分別接續(xù)兩組, 個別接到接收機天線輸入端頭.若您的接收機為具備四組天線輸入端子的空間分集接收機, 那么將個別天線接往各端子, 會是最佳組合.-最初由 chenyu6 發(fā)表看過這篇文章覺得菱形天線好像很不錯所以我想制作一個山賊兄的菱形天線,我不是讀電子,那些公式我看不懂有那位好心的大大可以告訴我那菱形天線要怎么做才可以給接收機用 謝謝 -要制作它是很簡單的, 材料到五金行及水電行買:1.充當(dāng)反射板的鍍鋅鐵絲網(wǎng), 鐵絲不要太細(xì), 最好有 1mm 直徑以上, 免得容易了掉, 網(wǎng)孔大小至少要能穿過同軸電纜.2.制作輻射器用的電線, 一般的電源導(dǎo)

19、線即可, 導(dǎo)體直徑建議至少 1mm 以上, 免得容易斷掉.3.用來當(dāng)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)螺釘, 就是尾巴尖尖, 可以直接鎖進(jìn)木頭的那種.再來就是制作天線, 首先您要決定如何利用水管制作天線骨架的幾何型態(tài), 簡單的參考做法如下圖:ps:此處以雙菱形舉例, 僅是舉例, 希望您自己動動腦看以啥方式是最好的, 我自己做的, 是用另外的方式.水管鐵絲網(wǎng)將電線繞制在螺釘上, 作為輻射器自攻螺釘同軸水管電纜水管調(diào)整距離側(cè)面圖鐵絲網(wǎng) ：自攻螺釘：水管：接同軸電纜（。）同軸電纜接續(xù)圖，輻射器左側(cè) ”接中心點,右側(cè)正面圖”接電纜外部導(dǎo)體.水管同軸

20、電纜, 穿過鐵絲網(wǎng), 繞過垂鐵絲網(wǎng)直的那支水管即可, 建議繞過的方向是在接外部導(dǎo)體的那一側(cè) 適當(dāng)調(diào)整距離：水管輻射器自攻螺絲俯視圖輻射器邊長, 以中心頻率為 600MHz, 為 12.6 cm12.6 cm, 為方便制作, 取 13 cm 也可以.由此可知, 雙菱形輻射器高等于12.6 / sqr(2) * 4 = 12.6 / 1.414 * 4 = 36 cm :?36 cm而四菱形高就約為 72 cm.但這單指輻射器本體, 因為反射器必須比輻射器還大, 故以雙菱形來說, 就至少需用 40 * 20 的鐵絲網(wǎng), 而四菱形的反射器至少需為 80 * 20 的鐵絲網(wǎng), 而我因為是制作菱形, 所

21、以當(dāng)初是購買一尺未經(jīng)裁切的量(高約尺)來制作的1. 這樣的擺放方式是 水平極化相當(dāng)符合目前轉(zhuǎn)播站發(fā)送的電波極化方向.此外這種天線從上往下看, 其波束角約有 60 度, 故您所謂的 2 度, 應(yīng)是指天線傾斜的程度, 但在垂直面的波束角, 也不只 2 度, 我想您家里接收到的強度與質(zhì)量, 大概只落在臨界點附近, 在這樣的環(huán)境下測試, 測不出天線應(yīng)有的波束特性, 故可以的話, 最好加上反射板后, 到空曠可直視轉(zhuǎn)播站的地點測試看看.2.宜蘭屬平原地帶且幅員距離最遠(yuǎn)僅 45KM 上下, 排除建物阻擋外, 均可直視轉(zhuǎn)播站, 故信號良好是應(yīng)當(dāng)?shù)? 而雙菱形天線行動狀態(tài)下使用, 因為車輛方向隨時在改變, 而此

22、種天線有方向性, 故很可能您在測試時, 電波源時常落在該天線波束角外; 若要讓它對四面八方的電波源都可接收, 可以參考之前的舉例, 尤其是用四菱形彎成下圖的方式: 從前后看從左右看信號強度的差距, 若排除天線頻率響應(yīng)的問題, 主要是看轉(zhuǎn)播站位置, 距離及接收與發(fā)射天線的輻射涵蓋圖形, 另直射波與反射波也會有所關(guān)系.在無線電領(lǐng)域, 基本的評估方式如下(理想狀況):Ri = Po - Co + Ao - 92.4 - 20 log D - 20 log F + Ar - CrRi : 接收到的信號準(zhǔn)位, 單位 dbmPo : 發(fā)射機輸出功率, 單位 dbmCo : 發(fā)射機電波饋送電纜傳輸損失, 單

23、位 dbAo : 以接收者的位置觀察, 發(fā)射機天線在此角度的增益,單位 dbi , 通常發(fā)射天線增益會以最大增益方向角度的增益值來標(biāo)示,但是以廣播發(fā)射站而言, 會因接收者位置的不同, 相對于天線角度的不同, 而呈現(xiàn)不同的增益.92.4 : 真空傳播衰減常數(shù), 若頻率單位改用 MHz 時, 常數(shù)值則為 32.4, 因為 20log F(Ghz) = 60 + 20log F(MHz),同理, 若距離單位改用公尺或英里, 也是如此轉(zhuǎn)換, 我個人是喜歡用 92.4 的常數(shù).D : 接收點到發(fā)射點間的距離, 單位公里F : 所使用頻率, 單位 GHzAr : 接收器天線增益, 單位 dbi 但若發(fā)射站

24、位置不在該天線最大增益方向, 記得扣除相對增益.Cr : 接收器傳輸電纜傳輸損失, 單位 db以上式子是電波在真空中, 理想狀態(tài)下的傳輸, 這里要特別提到一點是, 式子中, 似乎頻率越高, 傳輸衰減越嚴(yán)重,故有些文章會如此描述, 但實則不然, 式子中頻率越高, 衰減越多是因為天線的長度隨著所使用波長的縮短而縮短, 故等效截收截面積跟著縮減的關(guān)系, 也因為是面積, 故用 20 log 而不是 10 log.由此式子我們也可以知道, 距離每增一倍, 在其它條件都不變的情況下, 接收信號準(zhǔn)位少 6db, 故距離增一倍, 若要維持相同的接收信號強度, 除了增加功率 6db 外, 就是要提升天線系統(tǒng) A

25、o + Ar 6db.這是理想狀況的式子, 在實際情況下, 我們還會碰到障礙物所引起的繞射, 反射等多重影響, 這就用到 夫累聶 帶的評估, 這在以后有興趣時, 再來談?wù)?至于為何要乘上 1.01, 主要是環(huán)型天線周長約略等于 1.011.1 波長時, 虛數(shù)阻抗幾近為零(天線諧振), 此時其阻抗值約為 100 ohm, 我們看這種天線結(jié)構(gòu), 剛好主要是兩個環(huán)型并接, 故可得到 50 ohm 的天線阻抗, 雖然用在 75 ohm 的接收系統(tǒng)時, 因阻抗不完全匹配, 其 SWR 會稍高, 但因為是接收系統(tǒng), 沒有發(fā)射機, 故不必?fù)?dān)心因阻抗不匹配而損壞發(fā)射機, 更何況加上反射板時, 天線整體會呈電感性, 阻抗也會增加, 用在 75 ohm 的接收系統(tǒng), 不會有啥大問題.所謂的 Dopplequad 就是 daul quad ! 也就是之前寫的 2x quad antenna, 它的理論增益約 3.15 + 3 + 3 = 9.15dbi, 輻射體到反射體的距離與反射體大小及密度, 都會決定該天線的阻抗特性及