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HF BAND 9 元件周期對數天線

No.09   1993 May.   p94~99,   by 施和夫 / BV4DI



    天線之種類繁多;通常,若要求得高增益,則使用頻寬使得降低;反之,若要寬頻,則增益便降低。若要有相當寬之頻寬且又要有增益,則非周期對數天線莫屬。

    筆者曾於民國 80 年底自行設計製做一組 4 元件周期對數天線,頻率範圍在 21- 30MHz,雖設計上有些錯誤,駐波比上下起伏太大,但從民國 80 年一月至七月之使用成效不錯,計通訊 100 國七百多次 DX 通訊,感覺不錯,因而另外製做了此一 9 元件周期對數天線,預計頻寬為 14-30MHz。

Fig 01
九元件周期對數天線
Fig 02
四元件周期對數天線

    廠製的對數天線有 CREATE CLP931,其頻寬為 13-30MHz,共有 10 組元件,總重量 38Kg,實在相當可觀,架設上十分不易。所以為了降低總重量以及受風面積,而自己的鐵塔為昇降式,並不考慮強風的因素,結構上可說是相當的偷工減料,其規格材料如後。若須對抗強風,只要將各元件之鋁管放大一級。

    對數天線的結構較一般天線複雜,這支天線之結構尺寸如下:

元件
編號
元件
長度
元件
間距
元件組合鋁管長度
NLn Dn,n+1A B C
110.20 1.02 3.01.41.4
29.02 0.90 3.01.01.4
38.03 0.80 2.51.00.8
47.14 0.71 2.01.00.8
56.35 0.64 - - 3.18
65.66 0.50 - - 2.83
75.03 0.50 - - 2.51
84.47 0.45 - - 2.24
93.98 - - - 1.99

(註)   A:六分鋁管  B:五分鋁管  C:四分鋁管。長度單位:公尺 (M)。 BOOM 總長 = 5.59M。

重要公式:Ln : Ln+1 = Dn,n+1 : Dn+1,n+2

Fig 01


材料表

品名 規  格  尺  寸 數  量 備  註
鋁管 4 分管 (12.7mm),6 公尺。
5 分管 (16.2mm),6 公尺。
6 分管 (20.9mm),6 公尺。
4 支
2 支
6 支
非鐵金屬材料店或鋁材店
PVC水管 3 分,O 管,40 公分。
4 分,O 管,45 公分。
6 分,O 管,50 公分。
4 支
2 支
3 支
各水電材料店
方形鋁管 1-1/2" x 1"
(25.4mm x 38.2mm),6 公尺
1 支 各鋁門窗材料店
L 形鋁條 3cm x 6cm,1公尺,裁成2.5cm寬 4 支 鋁門窗材料店
4 分鐵管 (短節) 1 尺長,2支,鋸成半圓管 4 支。   各水電材料店
6 分鐵管 (短節) 6 分鐵管(短節),1 尺長,3支,鋸成半圓管 6 支。   各水電材料店
扁鐵條 約 2cm 寬,1 支,裁成 9cm 長,9 支   鐵材店有售
塑膠片 (PE、壓克力、電木…) 厚約 5mm,10cm x 10cm   塑膠材料店
PVC 電線 1.6mm,15 公尺。
2.0mm,5 公尺。
   
銅條 配合鋁管內徑,約 50cm 長。 1 支 銅材店
鋁焊條及鋁焊劑     冷凍材料店
環型鐵心 T-106,2 1 個  
小方盒 最好是金屬的,且放得下環型鐵心 1 個  
喇叭端子 2P 1 個  
M 型母座 M 型母座 1 個  
漆包線 1.1mm 2 公尺  
M4 螺絲 5 公分,6 公釐的 數支 螺絲店
膠布、自融膠布、導電膏     HAM 器材店
水管束環     五金店



工具

  1. 尖嘴鉗、斜口鉗、起子組、鋸子、電鑽、螺絲攻 M4 (TAP)、噴燈或瓦斯烙鐵。
  2. 電焊機,若無可找鐵工廠代焊。
  3. 駐波比錶。



步驟

  1. 將鐵管,鐵條以電焊機焊成十字狀金具,作為各元件固定用,並以紅丹漆預做防鏽處理,若無電焊設備可請鐵工廠代焊。(下圖左)

  2. 將鋁管依 ABC 之規格裁好,並以噴燈、鋁焊條、鋁焊劑將各元件焊接好。(下圖右)

    Fig 03 Fig 04

  3. 將銅條切成一小段並鑽孔以螺絲攻攻螺牙,M4 的螺牙鑽孔時,須用 3.4mm 之鑽尾。(下圖左)

  4. 將上步驟做成之小銅塊置入各元件之鋁管中,並將螺孔對準鋁管上的孔,以鋁焊條焊緊,做為供電點。(下圖右)

    Fig 05 Fig 06

  5. 將塑膠片及 L 型鋁條加工,做為供電電線之支架。

    Fig 02

  6. 將所有元件如十字金具,電線支架等,固定於主要支架 (BOOM) 上。

  7. 將 PVC 水管依尺寸加工後,以水管束環固定於十字金具上。

    Fig 07 Fig 08

    Fig 09 Fig 10

    Fig 11 Fig 12

    Fig 13 Fig 14

  8. 利用環型鐵心、小方盒、喇叭端子、M 型母座、漆包線,依下圖之規格,製造 1:3.5 的平衡匹配器 (BALUN)。

    Fig 03

    Fig 15

  9. 將所有元件及 BALUN 固定後,架於天線架或鐵管上便完工。

    這支天線由於相當複雜,且所用之工具相當多,所以僅將粗略步驟列出,若有不同之工具或材料,請斟酌用之。

Fig 04

    筆者共花了兩個月及兩千多元製造完成,架設後 QSO 感覺不錯,於 14MHz 有較大之增益感,前後之增益比亦相當不錯,這支天線最大的長處是頻寬極大,但頻率使用下限略為不足,若要改善此情形,建議採下列規格便可改善:

元件編號
N
元件長度
Ln
元件間距
Dn,n+1
110.701.07
29.52 0.95
38.48 0.85
47.54 0.75
56.71 0.67
65.97 0.60
75.32 0.53
84.73 0.47
94.21 -
註:長度單位為公尺 (M),BOOM 總長 5.89 公尺,BALUN 改為 1:4,效果會更好。

    由於這支天線特殊,外型很壯觀,時常引人注目,可說是支很 " 騷包 " 的天線,尤其未來可能會開放 18Mz、24MHz 這兩個頻道以及 CB 27MHz,所以未來之行情更為看好。

    有利便有弊,這支天線的缺點如下:
(1) 增益比單頻 YAGI 低。
(2) 體積及風阻面積和本身重量相當大。
(3) 本身之雜音相對提高。

    若有興趣更深入了解的話,可參考坊間各有關之書籍,這是一支滿出名的天線,幾乎每一本書都有介紹。祝您製作成功。

    參考書目:
1. THE ARRL ANTENNA BOOK 16th Ed., chapter 1O
2. 日本 CQ Ham Radio, 12 月,1991 年,p281、p284.
3. 環型鐵心活用百科,陳棋銘編譯,復文書局 END



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