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GP天线的设计问题

—— 加感线圈

GP天线基本形式定型为 1/4 波长的加感天线

相信大家当然和我一样不会满足于动手做一根6米波段或者10米波段的简单1/4波长的GP，我打算做的是一根可以覆盖20米以下的短波加感GP天线。或者应该换成另外一种说法：14MHz以上的短波天线？呵呵，无论它应该叫什么名字，既然要工作在10米甚至更低波段，就不得不需要用到加感线圈了。

基本原则：

一、加感天线的原则：加感线圈在整根天线中所处的相对位置越高，则效率越高。

依据这个原则，对天线结构进行了调整，原来线圈上方的拉杆天线是1米的，换成75CM；原来线圈下方支撑杆是120CM的，换成150CM的，以期得到线圈较高的相对位置。

二、使线圈的长度与直径一致： 在全部其它条件相同的情况下，线圈的外貌比值 （ 长度对直径的比值 ） 影响它的的Q 值。长度与直径接近的时候有一个最佳点。不要用很长 （ 大于两倍直径 ）或很窄 （ 小于一半直径 ） 的线圈。

依据这个原则，线圈骨架直径从 10MM 增加到 20MM，以期望得到比较高的线圈Q值。

三、天线是一寸长、一寸强的

依据这个原则，调整天线时保持线圈上方的拉杆天线处于最长状态，仅仅依靠增、减线圈匝数来使天线谐振。

四、线圈上方振子长度调整是非常敏感的（相对线圈和下方振子长度）。

问题：

1、GP天线在中部加感时，线圈上、下方的振子哪个是天线功率的主要辐射部分？

按照原则一来解释，应该是主要依靠线圈下方振子向外辐射电磁波。因为在天线整体长度不发生变化的情况下，线圈位置提升所带来的变化就是下方振子长度增加。这样理解是否正确？

2、依照上述第四点来分析的话，在线圈上移之后，线圈上方振子缩短了，而对应的下方振子有所增加，但是由于线圈上、下振子的敏感程度不同，理论上线圈部分应该有所增加才能使天线重新谐振，这样是正确的吗？

几点意见：

1、线圈的Q值大些比小些肯定要好，10mm的直径有些小了。ARRL天线手册上用的Loading Coil直径都在50mm左右；

2、天线长度就做1/4波长的，不要考虑其他波长了。缩短时一样没效率，还增加了匹配的麻烦；

3、调试好的话，只更换加感线圈就可以各个波段使用。不过实际情况下可能要稍微调整上端的振子长度。

便携GP天线第二版——增加15米波段测试通过，首先向配合我测试的 BG6AHU（安徽宁国市距离郑州大约700KM） 表示深深的感谢，因为这也是我在15米波段的首通记录。

以下是详细的测试数据：

  • 21.000MHz ： 1.60

  • 21.050MHz ： 1.60

  • 21.100MHz ： 1.60

  • 21.150MHz ： 1.60

  • 21.200MHz ： 1.60

  • 21.250MHz ： 1.60

  • 21.300MHz ： 1.60

  • 21.350MHz ： 1.60

  • 21.400MHz ： 1.60

  • 21.450MHz ： 1.60

  • 21.500MHz ： 1.55

测试环境：

  • 底部支撑：15 CM；

  • 下半部分振子：30 CM *4；

  • 线圈（接线部分）：17 CM；

  • 上半部分拉杆天线：50 CM；

  • 线圈（导线部分）：150CM；

  • 地网： 7750px（250CM用于10米波段的 2根30CM跳线）；

从上述测试数据来看，整体的驻波比有些偏高；在15米波段的高端有下降趋势，理论上需要增长部分振子来调整振子的谐振频率。

本打算进一步对线圈尺寸进行调整，让拉杆天线在其最长长度时能谐振，以得到更好的发射效果，但是测试过程由于其他原因被迫中断，只好暂时记录上述信息，以备下次有机会调整天线时使用。

天线的缩短与加感

在很多时候，为了减少天线的占用空间，我们常常需要将天线的尺寸减少。那么怎样在天线尺寸减少的情况下，天线仍然能准确地产生谐振呢？这是我们下面讨论的问题

一根短于1/4波长倍数的天线是呈容性的。 这是由于它不产生谐振而且其电流和电压的合成相位关系与电容性电路的相位关系很相似的缘故。那么，我们可在天线上加一个电感来使天线产生谐振。一个偶极子天线，天线的两臂小于1/4波长， 这时我们可在两臂上分别接入一个电感使天线产生谐振。这两个电感装在离天线的接线端约几公分位置比装在臂的两端效果更好，电感的大少可通过实验的方法获得。例如，我们可通过测试天线的驻波比来获得合适的加装电感量的大少。

将一条长度为半波长的导线绕成螺旋形式，其效果和一条四分之一波长的天线相差无几，这种设计称为螺旋天线。由于这种天线很少能找到与之匹配的传输电缆，所以这种天线多用在不需要传输电缆的设备中，如手提电话、手持式无线对讲机等。

通常我们称1/4波长的天线为鞭状天线。 这种天线也是一些小型的无线收发设备用得最多的一种天线。在实际应用中由于受到体积的限制，往往天线的长度总是做成小于1/4波长的，所以要在天线上加电感，电感的加载方式有三种：1、底部加载，2、中部加载，3、顶部加载，每一种加载方式都有其优点和缺点，从机械的角度看，底部加载最为理想，但是这种加载方式的辐射电阻很低而且由于大多数能量是从加载线圈辐射出来，因此效率比较低。中部加载的辐射电阻会增加，但在这种情况下会消耗掉电台的许多功率

垂直架设的鞭状天线只能接收垂直极化波，但有时我们可把1/4波长天线制成垂直和水平相结合的组合结构天线。即既可接收垂直极化波又可以接收水平极化波，在这种情况下，我们可将垂直部分的长度做成大于1/4波长，使天线呈电感性， 然后在天线的顶部用一个十字形导线与垂直部分形成一个电容而使天线发生谐振

天线最佳长度是这样算吗？

当天线的长度为无线电信号波长的1/4时，天线的发射和接收转换效率最高。 因此，天线的长度将根据所发射和接收信号的频率即波长来决定。只要知道对应发射和接收的中心频率就可以用下面的公式算出对应的无线电信号的波长，再将算出的波长除以4就是对应的最佳天线长度。

频率与波长的换算公式为：

波长=30万公里/频率

=300000000米/频率 （得到的单位为米））

例：求业余无线电台的天线长度

已知业余无线电台使用的信号频率为435MHz附近，其波长为:

波长= 300000公里/435MHz

= 300000000/435000000

= 300/435

= 0。69米

对应的最佳天线长度应为 0。69/4 ，等于0。1725米

当频率为439MH时，将计算公式简化为

波长=300/439

=0。683米

最佳天线长度为0。683米/4，等于0。17米

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