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GEM QUAD 天線安裝及維修說明

No.10   1993 July.   p86~93,   by 易永生 / BV2KI 編譯



Fig 01

零件檢點表

    在開始組裝之前,請依照本零件表一一檢點,仔細辨別各部零件名稱,並請參考圖 1、2、3。

二單元的零件
  1. 玻璃纖維支桿 ( 三角形長條狀 ) 8 支。
  2. 繫條,203cm 長 ( 玻璃纖維棒 ) 4 支。
  3. "MD" 漆包銅線 3 捲 ( 發射元件用 )。
  4. "MR" 漆包銅線 3 捲 ( 反射元件用 )。
  5. 不鏽套箍 16 個 ( 鎖緊玻璃纖維桿用 )。
  6. 漆包銅線之尼龍套管 24 個。
  7. 阻抗匹配器 ( Balun ) 1 組。
  8. 短路調整組,內含:短路用裸銅線 1 捲;尼龍繩 1 節 ( 約 2 米 ):短路間隔片 4 片。
  9. 尼龍束帶 1 包 ( 64 條 )。
  10. 鋁製基座 1 支。

Fig 02

三單元的零件
  1. 玻璃纖維支桿,12 支。
  2. 繫條,203cm 長 ( 玻璃纖維棒 ) 8 支。
  3. "MD" 漆包銅線 3 捲 ( 發射元件用 )。
  4. "MR" 漆包銅線 3 捲 ( 反射元件用 )。
  5. "MDIR" 漆包銅線 3 捲 ( 引導元件用 )。
  6. 不鏽鋼套箍 24 個 ( 鎖緊玻璃纖維桿用 )。
  7. 漆包銅線之尼龍套管 36 個。
  8. 阻抗匹配器 ( Balun ) 1 組。
  9. 短路調整組,內含:短路用裸銅線 2 捲;尼龍繩 2 節 ( 約 2 米 );短路間隔片 7 片。
  10. 尼龍束帶 1 包 (64+32 條 )。
  11. 鋁製基座 1 支。
  12. 鋁製 T 型支撐架 1 只。
  13. 鋁管 (2"Ø) 長度約 2.1m。

Fig 03

四單元的零件
  1. 玻璃纖維支桿 16 支。
  2. 繫條,203cm 長 ( 玻璃纖維棒 ) 12 支。
  3. "MD" 漆包銅線 3 捲 ( 發射元件用 )。
  4. "MR" 漆包銅線 3 捲 ( 反射元件用 )。
  5. "MDIR" 漆包銅線 6 捲 ( 引導元件用 )。
  6. 不鏽鋼套箍 32 個 ( 鎖緊玻璃纖維桿用 )。
  7. 漆包銅線之尼龍套管 48 個。
  8. 阻抗匹配器 ( Balun ) 1 組。
  9. 短路調整組,內含:短路用裸銅線 3 捲;尼龍繩 3 節 (約 2 米 );短路間隔片 10 片。
  10. 尼龍束帶 1 包 ( 64+32+32 條 )。
  11. 鋁製基座 1 支。
  12. 鋁製 T 型支撐架 1 支。
  13. 鋁管 ( 2" )。4 米長。



二單元安裝步驟

1. 支桿之準備

Fig 04 將所有玻璃纖維支桿平鋪在地上,確定各桿件上之漆色部附顯露出來。於每一桿件上之 10 米、15 米及 20 米漆有 "黑色" 處,各以兩條束帶將尼龍套管 (Tension Tube) 依圖 4 及圖 5 所示綁緊之。20 米處係將三條的玻璃纖維條一起包住。這些束帶必需以鉗子絞緊,尾端則須剪齊。綁緊之前再次確認位置是否正確,最好能先以不鏽鋼類的鐵線絞緊之。參見步驟 5。

注意: 尼龍套管一定妥放在平行於支桿根部上漆有 "紅色" 或 "藍色" 的背面的玻璃纖維條上,而且此尼龍套管本身應蓋住支桿上的黑漆。把兩個不鏽鋼套箍套在支桿基端,只要稍為固定即可,不要擠壓到三支纖維棒。

重複以上動作,將八支支桿完成後即可準備裝到鋁製基座了!

2. 與鋁製基座掛勾

將鋁製基座擺在一支 1-2 米的管子上或擺在一個平台上基座之主方管置於垂直位置。基座上漆有 "紅線" 的四支短桿朝上。如果有傾式鐵塔,此一基座即可依適當之安裝方式套上,此時以一個四腳梯 (stepder) 即可運用自如。

3. 上部支桿 ( 反射單元 ) 安裝
Fig 06

將四支尾端漆有 "紅" 色的玻璃纖維支桿塞進基座上的短桿,並將 "紅" 線對齊,盡可能地往基座塞。把兩個已套在支桿上的不鏽鋼箍套鎖緊。但是千萬不要把箍套鎖在玻璃織維支桿的強化繞布上,以免破壞了支桿的強度。基座短桿必須完全塞進此一繞布部位。見圖 6。

4. 短路調整組之組成

由整包短路調整組中截取出一條 90.2cm 的長銅線及兩條 75cm 的短銅線,把長銅線之一頭約以 3.2cm 長度連接在 #1 間隔片之一端,該線頭穿過 #2 間隔片兩端後,再繞回 #1 間隔片之另端,並打結之。把該銅線跟 #1 間隔片調整成一個尾端開口之迴圈。只餘兩根短銅線之做法同前說明。參見圖 7。

Fig 07

將尼能繩穿過 #2 間隔片中端後並打一環結稍做固定,然後一一穿過其餘之調整組並依樣打一環結;將這三個環結做適當地調整使之均勻的分佈即可。記得這些調整組是要放在整個單元離地最近的象限 (Quadrant) 處。

註:組成前請將銅線擦乾淨。閒隔片係塑膠製品,耐候佳,但不耐熱,節點焊接時最好將間隔片放鬆 (或以尖嘴鉗夾住銅線) 以免溶化掉。

5. 反射單元之穿線

取出標有 "10MR" 之漆包銅線捲,將線頭連接到調整組之最上端的間隔片上的一端,銅線另一頭則穿過支桿上離基座最近的四個套管,線頭最後穿回調整組的另一端上。連結之。

註:由於支桿已固定在基座,此時銅線看起來似乎有短了一點:為了連結到調整組之另端起見,必要時可將一個套管先稍放鬆,等到連結好了再將該套管前後調到鬆緊之適當位置即可。

找出標有 "15MR" 之線捲依前述方式穿線在第二圈的套管上,並將兩端線頭與第二道之調整組的開口端連結;這些調整組的位置記得要放在天線架好時離地最近的象限處。

最外圈的四個套管則用標有 "20MR" 的線捲來完成穿線動作:線頭則與最下面的調整組連結。把所有的連結點以烙鐵焊焊牢之。調整組上的尼龍繩及其扣環,此時則可適當地調節到使整個單元看起來較為正方形為止。

6. 把繫桿綁到單元支桿上

Fig 08 將四根 0.6cm 直徑,203.2cm 長之繫桿以尼龍束帶,每處兩根,綁到支桿上漆有 "黃色" 記號處:此時繫桿讓其呈垂狀。這些繫桿對本天線至為重要;因此必需確定繫桿從尼龍束帶算起至少有 4cm 之突出長度,並保證綁得牢靠 (參見圖 8);經常受有強風之地區,如能在繫桿兩端各鑽一小孔並塞以楔木,則可防止滑動。

註: 筆者係以 Lock Wire (專為防止螺絲因震動而可能脫落的鋼線,其扭力較一般強。) 穿過繫桿,繞上兩圈後,再綁到支桿,最後再以束帶輔助綁牢。如用一般的鐵絲亦可。

7. 下部支桿 ( 發射單元 ) 安裝

把基座抬高到 180cm 以上,此時基座的 "紅色" 標記仍朝上:"藍色" 標記朝下。(抬高的方式:在基座下撐一根約 1.8m 高的鋼管,並以三根繩子或鐵絲稍固定在地上即可。把發射單元的支桿依前述方式塞到基座的短桿並固定之。

Fig 09

8. 發射單元的穿線

把標有 "10MD" 的線捲取出,先從調整組之象限著手對著四根支桿穿線 (靠基座最近的四個套管)。"15MD" 及 "20MD" 之線捲則依樣穿到其次的支桿套管:以上三條漆包線完成穿線後,各自連到阻抗匹配器 (Balun) 上的間隔片兩端,並焊牢之,參見圖 9。

9. 阻抗匹配器之安裝

依照 Toroid 阻抗匹配器 (Balun) 之說明準備妥當,據發現;在 Balun 之鐵粉芯繞線之前,如以黑色的電工膠布纏上時,對於氣候的影響可減至最低。

10. 繫桿 ( Tie Rods ) 之連結

將上端支桿 (反射單元) 綁好的繫桿之另端綁到下支桿 (發射單元) 上。方式如步驟 6 。 (見圖 8)。此時繫桿之調整位置在使整個 QUAD 的組合看起來呈一緊張狀態。同時亦利用繫桿之前後調整,使支桿尾端稍呈 "弓" 狀為佳。



三單元安裝步驟

1. 尼龍套管之安裝

準備四支支桿 (如二單元安裝之步驟 1) 平放地上,確定所有著色部份朝上。於每一桿件上之 10 米、15 米及 20 米漆有 "黑色" 處,各以兩條束帶將尼龍套管 (Tension Tube) 依圖 4 及圖 5 綁緊之。20 米處係將三條的玻璃纖維條一起包住。這些束帶必需以鉗子絞緊,尾端剪齊。

2. 與鋁製基座掛勾

將鋁製基座擺在一支 2m 長的管子上或擺在一個平台上基座之主方管置於垂直位置,短桿上漆 "綠色" 的面朝下。

3. 把支桿裝到基座

將四支尾端漆有綠色的玻璃纖維支桿先套上兩個不鏽鋼箍套,再盡量塞進基座上的短桿,再把兩個不鏽綱箍套鎖緊。見圖 6。

4. 穿線於套管中

按照二單元 QUAD 之步驟 5,把整個調整組準備妥當;首先取出標有 "10MDIR" 的線捲來;將線頭一端連接到調整組最小一組的開口端之一,將漆包線逐一穿過支桿上的套管後,將線頭連到開口端的另一端。

5. 單元及橫桿之組合

把橫桿穿過第三單元的基座並斜擺著,在基座及橫桿上鑽出一 6mm 孔並鎖上螺栓。接著將橫 / 主桿聯件 (T 型) 穿進橫桿內並以螺栓固定之。聯件之中心距離兩單元內側約 45.7cm。

6. 組合成三個單元

Fig 10 完成第三單元之組合後,把先前準備好的兩單元插入橫桿另端,鑽孔鎖固之。發射單元要放在橫桿內側,且其基座一定要插進橫桿 15cm。此時要注意第三單元的調整組必需與反射單元在同一象限內。一般言, QUAD 的最低端即為正常位置。所有的支桿要調整、對齊 (見圖 10)。

7. 繫桿的組成

繫桿必需與原兩單元之繫桿位置相對稱綁牢,並與地平線保持平行狀;從結構觀點及保持第三單元之正確電子間距而言,此點甚為重要。至於如何將繫桿綁上去則視主桅桿之構造,個人功力及造化了



四單元安裝步驟

以下說明係假定三個單元 QUAD 已安裝完成,要裝上第四個單元的步驟。此時將三單元的橫桿抽掉,換上四單元者橫桿即可。

1. 支桿的準備

依照二單元 QUAD 的步驟 1,準備四支支桿。

2. 與鋁製基座掛勾

將鋁製基座擺在一支 2 米的管子上或擺在一個平台上,基座之主方營置於垂直位置,短桿上漆 "綠色" 的面朝下。

3. 把支桿裝到基座

將四支尾端漆有 "綠" 色的玻璃纖維支桿先套上兩個不鏽鋼箍套,然後塞進基座上的短桿,盡可能地往基座塞。把兩個不鏽鋼箍套鎖緊。

4. 穿線於套管中

按照兩單元 QUAD 之步驟 5,把整個調整組準備妥當:首先取出標有 "10MDIR" 的線捲來;將線頭一端連接到調整組最小一組的開口端之一,將漆包線逐一地穿過支桿上的套管後,將線頭連到開口端的另一端。其他兩個線捲同樣地依照前述方式去穿線;"15MDIR" 穿到中間一圈的套管;"20MDIR" 則穿到最外圍中。把所有的接點焊好。這些調整組係以尼龍繩懸吊起來。

5. 橫桿之安裝

取出一支 4m 長的鋁製橫桿,把第三單元穿到橫桿中央,此時第三單元距離第四單元為 184cm,且第三單元的支桿均頃向第四單元的方向:確定所有的調整組都在同一象限內及所有的支桿對齊定位後,鑽孔並鎖固之。第三及第四單元的支桿係朝向橫桿未使用的方向外。把繫桿放在漆有 "黃" 色記號處,將第三及第四單元綁牢。把橫 / 主桿聯件穿到橫桿上,此一聯件係靠近第三單元側,但也可試著調到最好的重心位置,以減少頭尾不均之現象。注意:把兩單元支桿組穿到橫桿上時發射單元係靠近第三單元;而反射單元則需放在橫桿之最外端。



天線之調諧 … F/B 比值

   本天線之發射單元係以 "預先調諧" 之理念來設計,唯為考慮操作高度的變化、附近鐵塔類的接地等影響;必需調整反射單元上的每一波帶。調整方式非常簡單:請一位本地友台發射需要的頻率 (盡量接近 14.2、21.2 或 29.0MHz),而自己的天線則背對著該友台;在每一波帶的調整組 (Stub) 上,以兩只背對背的鱷魚夾來做短路棒,前後移動至收到的信號最小為止,此時即為該波段最佳的前後比值 (Front/Back Ratio)。顯然地,最佳前進增益 (Forward Gain) 落於稍高的頻率處。

   這個動作需要重複地調完三個波帶,最後再回到第一個波帶來測試,以確定此三個波帶間沒有互相干擾。據發現;本天線還未有互相干擾現象,或可說將其減至最低而可忽略之。最後再用三條銅線在鱷魚夾處焊成固定。F/B 的調整對天線的 SWR 值相當重要,切記!

   要調整三個或四個單元的 QUAD 時,上述調整 F/B 之動作一樣;唯要記得:調整第三及第四單元 (引導器) 的 Stubs 時,整組天線需朝著本地友台 (以 500 米到 1000 米之距離較適當),請其以最小功率發射信號,只要在 Stub 上移動鱷魚夾,便收到信號最強,此時即為最佳狀態。


天線調整及其他要點

   F/B 前後信號強度比值與 SWR 息息相關。在擔心 SWR 前,本天線保證在 10 米及 20 米波段有 25dB,15 米波段有 20dB 的 F/B 值。

   用一支假負載及一個好一點的 SWR 表檢查阻抗匹配器及線路。注意:只有饋電線與阻抗匹配器的匹配良好,才能得到一個較低 SWR 值的天線。

   當天線指向某一方向時因 "接近效應" (Proximity Effect,如其他天線、大建築物、屋頂雨排水管、落水管、金屬構造物等影響) 關係,天線之 SWR 值會隨之變化。

   如果轉動 QUAD 指向其他天線時,信號強度表也跟著改變,此時即可確定毛病就出在那根天線了。

   所有的焊接點都要一一檢查。收發機與電纜線是否直通至天線另端更要查查看。

   阻抗匹配器的繞線盡量紮實,必免多餘的回圈。從饋線端到阻抗匹配器的線頭,也要盡量縮短並保持平行。

   許多老手嘗試過其他方式失敗後,都會以 "饋線裁剪法" 來降低 SWR 值。做法:首先要在饋電點上多加上大約 3m 長的饋線然後每 7 或 10cm 裁掉一節,量其 SWR 值,直到滿意為止。也可以用一段 4m 長的 RGll 的電纜線來替代阻抗匹配器用在本天線之三個波段上,據稱可得到今人滿意的效果,其 SWR 值也不差。

   由 GEM QUAD 的三或四個單元之引導器的間距造成的 "折衷效應" (Compromise Effective) 會影響 SWR,如果認為 SWR 相當重要時,最好使用天線調諧器。

   我們發現:要把基座 (Spider) 架到豎桿 (Mast) 的最簡單方式就是直接把旋轉器 (Rotator) 放到基座下當成聯接器;但這方式不實際也不可能;以一個適當尺寸的內襯套管作為聯接器或可考慮,但襯管及螺栓一定要牢固,必要時塞些薄墊片以求更貼切。接頭上任何些許的移動,都可造成相當嚴重的磨損。
Fig 11

二米波段天線

( 用於一般 GEM QUAD 內部 )

  1. 如於前述組裝好的 GEM QUAD 中加上 2 米波段天線時,請將本公司提供的漆包線裁出 207cm 長,兩頭以砂紙磨掉銅漆後,將之焊到 M 型頭母座 (SØ239)。(一頭焊到中心線,一頭焊到底座)

  2. 在發射單元上 (漆有藍色記號者) 由中心點向支桿方向量出 39.3cm,並在該點上鬆鬆地鄉上束帶,此一束帶僅供漆包線通過。在全部穿線之前,切勿綁得太緊,如圖 11。

    Fig 12

  3. 在其他支桿上重複上述動作直到四支支桿全部可供穿線為止。(注意,饋電點要放在 QUAD 之垂直位置上。如圖 12)。現在可以將四端點的束帶各自綁緊,使漆包線成為一正方形。此為 2 米波段的發射元,可供立即使用了。

  4. 反射元部份亦同前述方式完成。漆包線長度為 217cm。兩頭以砂紙磨光繫牢焊起來,成一封閉環圈。在反射元的支桿上 (漆有紅色者),由中心向外量出 41cm,以前述方法把此一環圈綁到四支支桿上去,適當地調成四方型為止。

至此,2 米波段的天線即隨時可用了。

註 1:本天線之數據係專供 144-146MHz 使用。

註 2:有些火腿族發硯:用 4:1 的阻抗匹配器及 300Ω饋線做起來效果不錯。此天線則用同軸電纜線直接饋電方式來做。

註 3:尺寸:發射單元:51.75cm,反射單元:54.29cm。

註 4:譯者建議:如果需要較為尖銳的指向性時,可以做一組多單元的 2 米天線來試試。譯者的做法是:

  1. 將四支繫桿綁到 GEM QUAD 的發射單元及引導單元上,引導單元的位置則由中心點向支桿量出約 38cm 處,以便得到周圍環圈為 196cm,如圖 13。

    Fig 13

  2. 從發射元開始,在四支繫桿上每 33cm 作上記號,這些記號就是引導單元的位置。每支引導單元的環圈尺寸為 196cm。

  3. 根據原 GEM QUAD 尺寸所示,發射單元及引導單元之間距約為 2 米左右,可容得下 5-6 支 2 米波段的引導單元,唯為了不使信號過於尖銳 (夾角太小) 起見,譯者只裝了 3 個引導單元,成為 5 element Quad。

  4. 測試結果:

    駐波比值:約在 1.6-1.8 之間,由於譯者之同軸電纜線中間加裝有一 HF/VHF/UHF 雙工器,且電纜線之總長度約為 50m,其損失量頗為可觀,如果以同軸電纜線直接饋電時,相信其駐波比值應可降到 1.5 以下。

    指向性:原僅收到基隆台某一信號 2 格的強度,經轉動天線角度約 20-30 度,收其滿檔,可見指向性很尖銳,當然,真正的尖銳度尚需要以精密儀器實測才較準確。




阻抗匹配器

( 僅適用於 GEM QUAD )

為了得到今人滿意的阻抗匹配器 (Balun),請依以下動作:

  1. 以黑色電工膠布把鐵粉蕊纏繞起來以保證不因破皮而導電。

  2. 把漆包線 (14#) 三等分 (約 1.5m) 後,將三條漆包線束在一起,一頭固定於機械夾只上另一頭則綁在一長棒 (約 30cm 即可),以手的力量旋轉,使三條漆包線互相絞在一齊,絞到程度約每 3cm 2 圈即可。為了省力,三條漆包線的一頭,也可改固定在電動鑽頭之夾頭上,只要輕輕一按開關,就可達到目地,唯需注意要拉得直,否則產生 "汽泡" 就不太好了

    Fig 14

  3. 把絞好的漆包線在鐵蕊上繞上 10 圈後,按照右圖將之連接起來。(注意:所有接頭以儘量短為原則。)

  4. 在連接各點前後,均先以三用電表測試其是否短路,以證明絞線時有否破皮等現象。

  5. 所有線焊好後,包含 M 型母座底側及鐵粉蕊均以熱熔膠包住,只留出間隔片兩側的螺絲孔 (含線頭夾) 及 M 型母座。此一目的在於防水。(如果想把它裝在塑膠盒內也是可以,但是受風面較大,值得考慮)。最後,可以再用防水膠布層層封住,以確實做一層防水,當然,最後的外觀,看起來真像極了一顆 "芭樂"。(如果以綠色膠帶去纏的話)。

  6. 發射單元上的三條漆包線,最後鎖固於 "芭樂" 兩側時,記得以烙鐵焊牢之。同軸電纜線鎖上 M 型頭後,也不要忘了纏上防水膠帶並且把 "芭樂" 一併綁牢,因為所有 "芭樂" 重量就靠此一電纜線了

  7. 以上所有建議方式係基於一般公佈的基本常識,不涉及任何專利問題。

  8. 鐵粉蕊質地脆弱,施工時請特別小心。



寒地之安裝

    如果決定要在寒地按裝 GEM QUAD,請注意以下事項:

  1. 在室溫下把套管 (Tension Tube) 綁在支桿上。在低溫情況下,套管及束帶質地易碎,不易拉到所需程度。此時,可以在套管內先塞一支 14# 鐵絲,把套管用束帶著實用鉗子綁牢,此時,套管會稍為下陷一點,但不會完全堵塞住。等到支桿在室外固定到基座 (Spider) 上後,再將 14# 鐵絲取出,以供穿線。寒地使用到烙鐵焊時,由於需要大量熱源,要特別小心,別把塑膠製的 Spacer 溶掉了。

  2. 在解開漆包線線捲時,最好有二人合作,一人穿線,另一人雙手持著紙筒一面放線,避免使漆包線扭結突瘤,以致溫度突變而斷悼。

  3. 在基座或支桿上綁上尼龍繩來支持 "芭樂" 及同軸電纜線,以確保這些重量不要由漆包線來吊住。

  4. 繫桿 (Tie Rod) 兩端鑽孔時,孔徑不要超過 1/8",距尾端以 1/2 至 3/4 英吋為宜。

  5. 如果僅要按裝 2 Ele GEM QUAD 在單支桅桿上時,建議暫時不要裝上同一邊的繫桿,如此才可能利用繩索將 2 Ele QUAD 吊上時不會妨礙到動作。等待固定到桅端頂後,就可以利用旋轉的方式,把同一邊的繫桿綁牢。

  6. 如果要利用管子穿過基座時,必定要確認尺寸的配合,如果僅僅隨便的找根管子穿進去,鑽個洞鎖上後,由於轉動天線時之啟動再停止所產生的 "風磨效應" (Wind Mill Effect) 將使管子及基座很快磨損殆盡。 END



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