HAM界發燒友中使用的天線,種類繁多,各有特長,也各有短處。但如果歸納起來,則以基本的水平架設的半波天線最具權威性;簡單、易裝、實用,效能又相當優越。各種其他型式的天線,定向或不定向者,都以它作為性能比較的準繩基礎(亦是dBD的來由)。瞭解半波天線,舉一反三,對其他型式的天線的性能,也可在掌握之中。 |
第一章
簡介
「半波」天線的英文是"Dipole",依字面解釋是「二極」的意思。有人稱為「偶極」天線,都是同一品種。「半波」這個老叫法,是根據其長度為一個波長的一半,求其直接易懂;和「半波」二字較易上口,並無特別意思或玄機在內。
半波天線大多都是做水平式架設,也就是今次我們要談的。半波天線也有做垂直架設的,由於它的放射特性和水平式者不同,輸送線(Feeder)要特殊處理,今次暫且不談。
業餘波段中,最引人入勝的短波(HIGH FREQUENCY)波段部份,自160公尺至10公尺,共八個波段。其中以20公尺波段最為人所喜愛,為方便起見,今次就以20公尺為例說明,遇有特殊情形時,將再作註明。一個20米波長的電波,它的長度由頭至尾是2O公尺,如圖 l。「半波」便是整個波長的一半,即10公尺。
電流和電壓的分佈
圖2
是電流或電壓在半波天線上,瞬間分佈的情形;天線的中間,電流最大,電壓為零。天線左右的兩端,情形剛好相反,電壓最高、電流為零。這說明兩點:第一,天線發射的主力部份在中間,因該處的電流最大。第二,根據歐姆定律,中間部份的總阻(IMPEDANCE)也最低,約在70歐姆左右。在天線的兩末端,總阻在數百歐姆左右,而該處電壓則最高,電流最低。明瞭此兩點,便可了解各式各樣輸送電力至天線的接法及其基本理由。
天線發射角度
天線另一重要特性是電波射出的角度(ANGLE OF RADIATION,或
WAVE ANGLE)。發射角度距離地面越小,射程越遠,是為捕捉DX的主要條件。
水平架設的單支半波天線,也即是最基本的天線,它的發射角度與天線的構造無關,直接有關的是天線架設離地的高度。因為,地面會將電波反射,不同的高度,反射的程度不一樣,也就影響到電波射出的角度。
圖3內A,B,C,D,E,F及G表示天線在不同高度(以波長為單位)時的發射角度。圖3A是天線高度在1/4波長時(20公尺波段即離地為5公尺高),大部份電波在原地向上衝,部份向兩旁散出,經電離層反射回地面,如是者往復在原地踏步,不射向遠處。
圖3C是天線離地1/2波長的情形(20公尺波段,天線離地10公尺),發射角度便達30度左右。根據很多HAM友的經驗,這角度是遠距離通訊最低的要求。
在實際應用時,還要顧到地質和環境因地而異的因素,有時雖然天線離地10公尺,但對電波而言,則未達1/2波長高,因而仍叫不到DX;這時如將天線加高僅1公尺,效果可能會立即不同。圖3B即表示此情況。天線離地3/8波長(20公尺波段,即天線離地7上公尺高),電波仍在原地徘徊,不去遠處。
圖3D是天線在3/4波長高(20米波長即為15公尺高)的情形,電波分為三瓣,左右二邊的波瓣降低至20°,這有助於DX通訊,可惜有大部份電波直上雲霄,變成浪費。
如果將天線高度昇至一個波長高,如圖3E(20米波長即為20公尺高),電波就會分為四片,左右各二,最下面的波瓣,角度再降至15°,更有利於DX通訊,但是上方的波瓣角度達50°,有利於近距離通訊,但對DX而言則變成是一項損失。
圖3F及圖3G是天線1又1/2,及2個波長高的情況。天線越高,最下層的波瓣角度越低,波瓣數量也增多。在業餘無線電界來說,天線應儘量架高,至於因高角度波瓣所造成的電能損失,反為沒有人去理會。在實際架設時所選用的高度,尚要顧及堅固、安全、狂風暴雨等因素。