First post : Apr 28, 1999
Last update : Sep 30, 2007
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HENTENNA


本文主要參考 " The ARRL Antenna Compendium Vol.5 " The Hentenna - The Japanese "Miracle" Wire Antenna writen by Shirow Kinoshita, JF6DEA / KE1EO

Hentenna 一詞是由日本語 "Hen" 以及英語 "Antenna" 合併而成,意思是”怪異 的天線”或是”不可思議的天線”。因為它的外型簡單、製作容易,所以在日本有 不少業餘電台架設 Hentenna 應用於 28/50/144/430 MHz 的業餘頻段。

Hentenna 是在 1972 年由 JE1DEU / Someya 提出,基本的構想是將二個 Quad Loop 同相饋電,之後經由 JH1FCZ / Tadashi Okubo 及多位友台 ( JA1RKK、 JA1TUT、JH1ECW 、JH1HPH、JH1XUQ、JR1SOP ) 的研究、實驗,建構了這支簡單實 用的天線的原型。

Hentenna 的特性

一、輻射場型及電波極化面

如圖一 ( A ) 所示,這是 Hentenna 的基本型式,這樣架設的的電波極化面為水 平偏波,如果架設成圖一 ( B ) 的方式,則電波極化面為垂直偏波,在 VHF/UHF 頻段通常都用圖一 ( B ) 的架設方式。

The Diagram of Basic Hentenna

Hentenna 的輻射場型和 Dipole 相同都是呈 8 字形,電波最強的方向與天線圍成的平 面垂直,好比說你現在坐在螢幕前面,如果螢幕是 Hentenna 的話,那麼電波最強的方 向就在射出、射入螢幕的方向。雖然 Hentenna 為雙指向性,但是指向性並不尖銳,其 半值角( -3 ~ 0 ~ -3 dB 的範圍)約為 80 度,-6 ~ 0 ~ -6 dB 的範圍約為 120 度 ,-12 ~ 0 ~ -12 dB 的範圍約為 150 度,所以如果沒有馬達可以轉動天線,只要把天 線面對主要的通信區域,天線兩側收訊較差的方向也還不是很大,對實際通信而言應該 可以接受。因為它是雙指向性,如果有馬達轉動天線,只要轉動 180 度就可以涵蓋所 有的範圍,算是很方便。

二、調整相當簡單

Hentenna 的調整相當簡單,如圖一 ( A ) 所示,只要上下移動饋電點的位置就可 以可以把 VSWR 調到最低。根據經驗,往下移動饋電點可以使諧振頻率降低,往上 移動饋電點可以使諧振頻率上升。

三、可用頻寬大、對天線尺寸要求不嚴格

一般來說,製作 Hentenna 時天線尺寸的誤差在±10% 以內通常都可以將 VSWR 調整到 1.5 以下,而 Hentenna 的頻寬也比一般天線來得大,這種特性有以下的 好處:

  • 電波在導體堛熙t度縮短率 ( Velocity Factor, Vf ) 通常介於 0.98 ~ 0.92 之間,製作天線時每個人所用的線徑不盡相同,所以 Vf 也不一 樣。對 Hentenna 而言,如果估不準 Vf 對天線的影響並不大。
  • 在 50 MHz 以下,由於天線的體積比較大所以不容易將天線架設得很高,這會 使得天線與地面及建築物互相感應而使得天線實際的諧振長度與理論值有所不 同,不過這種誤差通常不會超過 10%,藉由 Hentenna 簡單的調整方式可以把 這種影響降至最低。
  • UHF 的波長比較短,所以對天線尺寸精確度的要求比較嚴格,然而 Hentenna 允許天線尺寸有 10% 的誤差,除非是很粗心,否則要做出不能用的 Hentenna 還真的是很困難。

四、有增益

理論上,在自由空間的 Hentenna 約有 5.1 dBi ( 2.95 dBD ) 的增益,實際應用 上,直接波與地面反射波干涉的結果,在建設性干涉最好的地方可使 Hentenna 有 10.25 dBi ( 8.1 dBD ) 的增益,這樣的表現和 2 單元的 Yagi 差不多。

五、Hentenna 的輸入阻抗可以調整

Hentenna 的輸入阻抗主要是由它的寬度來決定(圖一 ( A ) 標示為 A 的部份) ,其關係大致如下表所列:

表一:Hentenna 寬度與阻抗的關係
阻抗 25Ω 50Ω 75Ω 100Ω 125Ω 150Ω 175Ω 200Ω
A 的寬度0.105λ 0.146λ 0.169λ 0.191λ 0.210λ 0.228λ 0.248λ 0.270λ

這個特性的好處是:可以隨著收發機或傳輸線的特殊需求來製作 Hentenna。例如 想要製作 Hentenna 來當作 FM 收音機天線,這時候就可以製作寬度為 0.169 λ 的 Hentenna 來與 75Ω 的同軸電纜配合。

Hentenna 的變形

如圖二所示,Hentenna 有兩種變形,圖二 ( A ) 稱為 Half Hentenna,因為它只 有標準 Hentenna 的一半,所以預估其增益比標準型的 Hentenna 少 3dB,如 果架設環境不夠大,倒是可以架設 Half Hentenna。

Helf Hentenna and Hat Hentenna

圖二 ( B ) 稱為 Hat Hentenna,這樣架設的特點是輻射場型由雙指向性變為無方 向性,缺點是其增益比標準型的 Hentenna 少 3dB。

要不要做平衡不平衡轉換?

Hentenna 是屬於平衡饋入的天線,而同軸電纜是不平衡的傳輸線,若直接將同軸電纜 接到平衡饋入的天線系統,則同軸電纜的外部導體有些微的射頻電流產生,使得同軸電 纜輻射微量的電波;此外,天線上的電流分佈將會變得不平衡,所以其輻射場型會有小 幅度的改變。理論歸理論,實際上根據經驗,若直接將同軸電纜接到 Hentenna 上,整個 使用起來的感覺沒有太大的改變。如果您要求完美的的話,可以 利用同軸電纜來製作平衡不平衡轉換器 (BALUN )。 懶一點的話,將同軸電纜在天線的後方繞幾圈也有相同的效果。

435 MHz Hentenna 實作

我使用線徑為 2 mm 的單心銅線,預計將諧振點設計在 435.0 MHz,所以 A=C=11.5cm B=34.5 (未考慮縮短率),除了饋電點以外,電線的絕緣皮並未剝除 。經過 調整最後 C = 10.5 cm,其駐波比在 430 MHz 為 1.2,然後下降至 433 MHz 最低 為 1.1 ,然後上升至 440 MHz 為 1.3。

實際與楊梅電台(使用 TM-733A,500 木瓜)試通,我使用 0.35W 則楊梅電台收我信 號強度僅可使 TM-733A 信號表的 BUSY 字樣出現,但是語音可讀性沒問題,若我使用 4W 發射,則他可收我 5 格的信號強度,語音清晰。這樣的結果算是令人滿意。(我站 在三樓陽台,天線離陽台地面約 2 公尺,位置在新竹交流道附近)。有興趣做天線的 人,建議您一定要試試這支天線。

28 MHz Hentenna 實際使用經驗

1999 年,傳播狀況相當好,在 28MHz 活動的電台比起前幾年增加了不少,這次太陽 黑子的高峰期正是 QRP 電台的最佳機會。由於手上剛好有一支報廢的 500 木瓜,於 是就將 500 木瓜裡面的銅線抽掉,利用外面的玻璃纖維管作為 Hentenna 的支撐, 然後加上馬達架設在水塔上。(見下圖)

架設好之後,感覺效果相當良好,實際通信的結果,感覺上不輸三元件的八木天線。 1999 年 12 月使用 Hentenna 參加 ARRL 10m Contest 的 CW QRP 組,雖然只有 5W 的功率,信號仍然嚇嚇叫。比賽期間,在 DX Summit 的 DX Spot 上有不少人 post BV3FG 這個呼號。兩天比賽下來,共有 679 QSO,總分約 25 萬分,是去年同組冠軍分 數的 1.5 倍(去年冠軍的分數約 17 萬分),也奪得了 QRP, CW only 組的世界冠軍 。

1999 年 12 月底,土耳其電台 TA2BK 在 28MHz SSB 出現,造成日本電台瘋狂的 Pile Up,不過我這支 Hentanna 果然不負所託,在 Pile Up 中只喊了兩次,就從日本電台中 脫穎而出,完成通訊。

前面提到,Hentenna 的波形是胖胖 8 字形,實際使用的經驗顯示果然如此,天線的方 向沒有對得很準也沒有太大的關係,而最好用的是利用 8 字形凹陷收不到信號的地方 來抑制 QRM,如果將這個地方對準 QRM,QRM 的強度大約可以減少 20dB。實際應用的 例子是下午的時候通歐洲電台,當我把天線轉向歐洲時,null 差不多對著日本,通信 時就比較不會受到日本電台強大信號的影響。

Hentenna for 28 MHz


後記:來自 Hentenna 研發團隊的鼓勵

2006 年年底,收到 Masato Tomita, JH4AIC 日文中文並列的 mail,原來是 Tomita 先生 受 JH1FCZ 以及 JA1RKK 之託,將他們的信翻譯成中文寄給我,

發信者:富 田正人(元JH4AIC)
受信者:孫榮德 先生Mr. Robert Suen(BV3FG)
        QSL information : Robert Suen, P.O. Box 98 , Hsinchu 300, Taiwan
        E-MAIL          : bv3fg.tw@yahoo.com.tw
 
主 旨:HENTENNA

本 文:

很唐突第 1 次聯絡,這是來自日本的消息。
因為受託希望傳達給您喜悅與祝福的心情,所以寄E-MAIL與您聯絡。

日本側發信者
1)  大久保(OHKUBO)先生:JH1FCZ :HENTENNA開發者
2)  中山(NAKAYAMA)先生:JA1RKK :HENTENNA命名者


MESSAGE 本文

孫先生  您好!

我們最近看到您在 http://home.kimo.com.tw/bv3fg.tw/  的 HENNTENNA
試驗及運用實驗的報告。

對於在 1998 年 ~ 2000 年的階段、已經有做這種實驗的台灣朋友感到相
當的驚喜,同時報告內容的仔細用心程度令我們銘感五內。

我們對於可以把這種很棒特性的天線介紹給世界的朋友、像孫先生這麼理
解並自己 1 個人從自製到報告完成一事,我們真的非常高興並心裡有洋洋
得意的感覺了。

並且知道您於 1999 年 4 月的 10m (28MHz) 在 QRP 部門的競賽成為世界
第一,讓身為開發的我們所不可能的壯舉感到萬分的高興。與在那時的競
賽中的第 2 名的 JA1YNE 和您相差 40,000 分以上,完全是壓倒性的優勝。

今後也請致力於好的天線的製作。

以上

看到信件的內容當然是很令人高興,此外,業餘無線電界習慣用英文與外國友人聯絡 (不管對方的母語是不是英語),而 Hentenna 研發團隊特別找人把信件翻譯成中文寄過來,這種禮貌以及尊重實在令人感動。

過了幾天,NAKAYAMA / JA1RKK 來信告知,OHKUBO / JH1FCZ 有發行一份網路雜誌 "CirQ",他希望摘錄翻譯我網站上有關 Hentenna 實做及使用的內容,放在 CirQ 第 19 期讓日本讀者分享。這自然是我的榮幸,沒有不答應的道理。

OHKUBO / JH1FCZ 先生所發行的 CirQ 雜誌對電路實做有很詳細的說明及圖解,看得懂日文又喜歡 DIY 的人不容錯過。

(後記:1999 年 ARRL 10m contest CW QRP 的第二名 JA1YNE (op. JP1OGL) 是何許人也?其實它是 NEC 府中事務場 (即 NEC 在東京都府中市的大工廠) 無線電俱樂部的團體電台,這個電台在其他通信比賽也有相當不錯的成績,可以想見它的裝備及天線相當不錯,難怪我以 Hentenna 勝過 JA1YNE 能令 Hentenna 的研發團隊如此興奮。2001 年 JA1YNE (op. JR1NKN) 再度參加同一個組別,並創下 ARRL 10m Contest CW QRP 的最高分記錄至 2015 尚未被打破。)


BV3FG / Robert Suen