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GP 天線的徹底研究及製作

No.44   1996 Sep.   p64~74,   by 李錦鴻 VR2GY, CPO Box 73328 Kowloon HongKong



    環顧現時市售的商品天線,雖然品種、形狀、效率,頻率、價位,重量等等可說林林總總,目不暇給,但細心分析,就可發覺超過一半以上是 GP (Ground Plane) 地極天線或近似產品,這種天線在各個業餘波段領域被廣泛應用,一定有它的優勢存在,然而 GP 天線在許多天線經典著作中,無論理論介紹及實際製作過程,所佔篇幅都明顯處於次要地位,為什呢?筆者以個人的淺薄經驗,同大家盡量介紹 GP 天線的原理及一根 432MHz,兩根 144MHz 和一根 18MHz GP 天線的製作試驗資料。


由半波 DIPOLE 天線到 GP 的演變過程

    1) 自從麥克斯威爾 (Maxwell) 發表了電磁波理論到赫芝 (Hertz) 從實驗中證明電磁波存在以來,半波雙極天線 (Dipole) 一直都是最基本的無線電收發天線,而各種形式的天線其實大部分都是由 Dipole 轉化而成。

    圖 1 是基本的半波 Dipole 天線與收發機連接圖,這時天線的兩極成一直線,都是工作頻率波長的 1/4,如果水平放置時,最好離地面 1/2 波長以上。所以 Dipole 天線每極在 14MHz 時,長度約 5.1 公尺,而在 144MH,時就是 50 公分了。

Fig 01
圖 1:基本的半波 Dipole 天線與收發機連接圖。

    Dipole 天線的兩極是對稱及平衡的,其自然阻抗是 73 歐姆,因此當與一般收發機的 50 歐姆不平衡輸出端連接時,就需要加入一個變換器,使天線與收發機的平衡性及阻抗都能互相配合,以達致能量的最大傳輸。

    到這裡有兩種情況出現:

  1. 為何常見的 HF Dipole 天線多是水平裝置,而 VHF/UHF 則多是垂直裝設呢?原因並不複雜,在 HF 來講,由於城市的各種電器構成的噪音,以垂直極化佔多數,Dipole 天線水平放置,較能減低 QRN 干擾;從實際安裝情況來說,以 14MHz 為例,兩根 5.1 公尺長的金屬軟線用 3 根竹竿就可容易地架到 5 公尺高的水平狀態,而這全長 10.2 公尺的軟線是很難裝成垂直狀態的。

    在 VHF/UHF 時,Dipole 天線由於長度較短,通常都用鋁管而非軟電線組成,本來水平或垂直安裝的難度都相差不大,但由於 Dipole 在水平裝置時有方向性,不適合大多數 VHF/UHF 移動通信,因而要採用無方向性的垂直極化波,這就形成大多數的 VHF/UHF 天線要同時配合裝置成垂直狀態;而固定收發點的 VHF/UHF 系統,如廣播、電視等,為了減低噪音,天線仍多採用水平架設。

  2. Dipole 天線既然是平衡式傳輸,為何常見的電纜卻是不平衡式的,兩者又如何配合呢?其實,早期收發機輸出多是平衡式的,與天線的連接電纜亦相應是平衡式的,BA7IC 童世澄就曾對筆者詳細介紹過當年他們自製 600 歐姆平衡式電纜的過程。

    由於社會進步,家庭電器被大量採用,因而導致大量的干擾訊號產生,平衡式電纜對此沒有屏敝,可謂是不設防的,因此,就採用有金屬網屏蔽的同軸電纜來傳輸,就可減少電器噪聲的干擾。同軸電纜 (Coaxial Cable) 是不平衡的,所以收發機與天線之間要加入平衡 - 不平衡器 (BALUN),來使收發機與天線匹配,如圖 2。

Fig 02
圖 2:收發機與天線之間加入平衡 - 不平衡器 (BALUN),使收發機與天線匹配。

    2) 加入 BALUN 之後,雖然解決了收發機與 Dipole 天線的平衡性問題,但是收發機的 50 歐姆輸出阻抗與 Dipole 的 73 歐姆阻抗仍然不配合,能量不能得到最大的傳輸。

    從理論和實際試驗得出:Dipole 天線的兩極如果不成一直線,而形成一個夾角的話,它的阻抗是會逐漸減低的,如圖 3,當這個夾角在 90-100 度之間時,天線的阻抗會很接近 50 歐姆,這時,收發機與天線的阻抗就可匹配而達致最高傳輸效率,水平狀態的 Dipole 使成一 V 字形,所以又稱為 V-Dipole (或倒 V 式 Dipole)。

Fig 03
圖 3:Dipole 天線的兩極如果形成一個夾角,它的阻抗會逐漸減低,當夾角在 90~100 度之間成一 V 字形時,天線的阻抗會很接近 50 歐姆,收發機與天線的阻抗就可匹配而達到最高傳輸效率,所以又稱為 V-Dipole (或倒 V 式 Dipole)。

    V-Dipole 由於改變了原來天線的能量分佈,所以它的方向性不如水平 Dipole 那麼強,這點可說是好處,亦可說是壞處,因為方向圖擴寬會使周圍的訊號收發強度較平均,而不需轉動天線,但訊號不集中就意味著能量分散,因此,在兩個同樣最強訊號的方向上相比,Dipole 會比 V-Dipole 高 0.5~1.5dB 的。

    3) 在圖 2 的情況中,Dipole 天線是水平放置的,而無線電波 (聲波、水波) 會被大於半波的金屬物體影響,所以當 Dipole 天線要垂直裝置時,為避免同軸電纜或金屬管對天線的影響,就要如圖 4 的情況裝置,多加一枝橫向的金屬管,把天線伸出超過半波長以上,這種措施在很多單組的垂直八木天線中都可看到。同時,這亦說明 HF Dipole 天線很難垂直架設的另一原因,因為 5.1 米橫向鐵竿的本身重量就已是一大問題。

Fig 04
圖 4:當 Dipole 天線要垂直裝置時,為避免同軸電纜或金屬管對天線的影響,就要多加一枝橫向的金屬管,把天線伸出超過半波長以上。

Fig 05
圖 5:Dipole 天線兩極要適當地增加直徑,可用較粗直徑的金屬管子做材料,以擴寬天線的工作頻率。

    4) 圖 4 或圖 2 的天線兩極通常是用金屬線或細直徑的金屬管組成,但是如果我們要擴寬天線的工作頻率時,就要適當地增加兩極的直徑,換言之,就是要用較粗直徑的金屬棒去做兩極的材料。同時由於高頻電流的「趨膚作用」 (或稱「集膚作用」),粗金屬棒完全可用粗直徑的金屬管代替,如圖 5,假設上半部叫 A 極,而下半部稱為 B 極,從基本的 Dipole 天線原理可知,在 AB 兩極或 90 度的方向訊號最強,而與其相同方向的收發訊號最弱,這就引申出:在甲方向而與天線平行放置的金屬物對天線有較大影響 (大於半波長), 而在乙方向的金屬物就影響較少。

    5) 既然在乙方向的金屬體對天線產生較少影響,而 B 極又是粗直徑的金屬管,則同軸電纜可由 B 極的下部穿入,直至 AB 極交界,然後將電纜網線銲接 B 極,芯線則接 A 極,同時,用一根絕緣管把同軸電纜固定於 B 極中央,亦兼作支持整根天線之用,如圖 6,這根天線性能、阻抗、方向圖與圖 4 的天線是很接近的,通常稱為同軸雙極天線 (Coaxial Dipole),這種天線在飛機場、輪船、海岸電台都可看到大量架設 (為何不用 GP 呢?下述)。

    這種天線的同軸電纜由於被 B 極包裹著,網線與 A 極的潛佈電容就等於被 B 極隔離了,同時在同軸電纜網線上的高頻電流在 B 極的 D 點開始,往相反方向流至 C 點,這兩種情況就起了平衡到不平衡的變換作用,因此圖 4 中的 BALUN 就可取消,換言之,Coaxial Dipole 可以不用 BALUN 而直接與同軸電纜連接。

    同時,圖 6 的支持用絕緣棒極少採用,通常亦是用金屬管以增加機械強度,不過 C 點就要加入一個膠圈使 B 極與之絕緣,而 D 點則是將 B 極、電纜的網線,支持用金屬管三者接在一起。

    同軸 Dipole 的阻抗仍是在 73 歐姆左右,因此要加入適當的阻抗變換才能與普通收發機連接,但這些不在本文範圍內。

    圖 7 是 MOTOROLA 生產的一種著名的同軸 Dipole 天線,根據原廠資料顯示:1. 它的增益高出 GP 天線大約 1.5dB。2. 將圖 5、6 的 A 極摺曲後成 DC Ground 狀態後,有較佳的防雷作用,使我們明白到為什麼現時大部分天線都是 DC Grounded 的了。3. Dipole 天線較 GP 天線的噪音小。

Fig 06
圖 6:連接天線的同軸電纜可由 B 極的下部穿入,直至 AB 極交界,然後將電纜網線銲接 B 極,芯線則接 A 極,再用一根絕緣管把同軸電纜固定於 B 極中央,兼作支持整根天線之用。
Fig 07
圖 7:MOTOROLA 生產的同軸 Dipole 天線 (Folded Coaxial Antenna)。

    但是,有一點要注意,將 A 極摺曲後,天線的阻抗是會升高的,因此圖 7 的阻抗變換並不完全適用於圖 5、6 的 Dipole。上述由 1) ~5) 的過程是普通 Dipole 天線演變成同軸 Dipole 的描述,明白到這幾點,就可以理解下列各步驟:

    6) 圖 6 的 Coaxial Dipole 中 B 極最底下部分,即 C 點的直徑,如果將它增大成為圓錐形,就變成圖 8 的形狀,則會有什麼現象呢?1. 頻帶寬會稍為增加。2. 同軸電纜和支持金屬管對 A 極由於有更大的隔離,因此對整體天線的影響更小,這就等於增加天線的穩定性。3. A 極的 C 點與支持金屬管距離更大,因此絕緣度更佳,而減少高頻損失。4. 這點最重要,就是 B 極的圓錐斜面變化時,B 極與 A 極所形成的角度就少於 180 度,同時引起電場分佈產生變化,就如同圖 3 的 V-Dipole 情況一樣,阻抗就會逐漸下降,即會小 於 73 歐姆。

    實驗證明,當 AB 兩極的夾角在 120-140 度左右時,天線的阻抗趨近 50 歐姆,既可利用不平衡式的電纜連接,同時又是 50 歐姆阻抗,因此便可直接與普通收發機連接了。

Fig 08 Fig 10
圖 8:將 Coaxial Dipole 中 B 極最底下部分增大成為圓錐形時,頻帶寬稍增、穩定性增加、高頻損失減少、阻抗小於 73 歐姆。 圖 10:以金屬棒代替 B 極圖錐面,就是常見的 GP 天線。

Fig 09
圖 9:圓錐面做成條形網狀可以減低風阻和重量。

    7) 圖 8 的天線形狀各位讀者可能很少見過,其實,在美國是常看到的,尤其是在 UHF 波段上,常常被廣泛採用。但在我們的周圍很少採用,原因是:1. 天線的風阻較大,2. 重量和價格較高。

    為了減低風阻和重量,B 極的圓錐面可以做成條形網狀,如圖 9,這對於天線無大影響。這時由同軸電纜網線接到 B 極的 D 點起計,分別到圓錐面最外的甲乙丙丁各點距離是一樣的,因此,甲乙丙丁各點處同電位的,而因為電位相同則不會有電流產生,既然沒有電流產生時,甲乙之間 (乙丙、丙丁……) 是否連接就無關重要了。當甲乙 (乙丙、丙丁……) 不作機械上的連接時,整個 B 極的圓錐就可由幾根金屬棒組成如圖 10 的形狀,這種形狀,就是我們常見的 GP 天線了。

Fig 11
圖 11:將 GP 的 A 極摺曲,以變化 DC Grounded 狀態,具有防雷作用。

    代替 B 極圓錐面的金屬棒,通常有 3-4 根已經足夠,在 HF 上,由於 1/4 波長的長度是可觀的,所以很多時只用 2 根甚至一根地極,這時對天線的阻抗及方向圖是會有少許影響的。例如常見的 CP-6 天線,在每一波段中都只有一根地極而已 (絕不是表面看到的六根)。

    我們有時可能見到一些 GP 天線的各地極與發射單元 (A 極) 是呈 90 度的,即與大地面平行,它的作用是改變天線的電波集中方向,較適合於廣闊的平原地區使用。

    另外正如圖 7 的同軸 Dipole 一極,GP 的 A 極方可摺曲成圖 11 的形狀,以變化 DC Grounded 狀態,來起著次要的防雷作用 (主要仍是靠避雷針)。當然這時 GP 天線的阻抗不會是 50 歐姆的,要加入適當的阻抗匹配。

    從上述的由 Dipole 演變成 GP 天線過程,可以看到 GP 天線的結構是很簡單的,因此很適合成為我們第一根的 DIY 天線。


432MHz 手機用 GP

    照片 1 就是一根簡單的 432MHz UHF GP 天線與 C-528 雙頻手機連接的情況,首先準備 RG8U 電纜約 25cm、PL259 高頻插頭、1.5~2mm 直徑黃銅枝 4 枝,每枝長約 19cm。

    首先將 25cm RG8U 電纜的一端銲接到 PL259 的高頻接頭上,另一端如圖 12,開線口成層層寶塔形,即電纜的芯線長於膠介質 1cm,膠介質又長於網線 1cm,網線又露於電纜最外的膠皮外約 1cm。

Fig 12 Pic 01
圖 12:以黃銅枝及 RG8U 電纜組成一根簡單的 432MHz UHF GP 天線。 照片 1:一根簡單的 432MHz UHF GP 天線與 C-528 雙頻手機連接,效果優於 Duckie 兩倍以上。

    跟著將 1 根 1.5-2mm 銅枝銲接在電纜的芯線上,然後再將 3 根銅枝,用尖嘴鉗扭曲約 1cm,如圖 12,再銲接在電纜的網線上,並修整其角度使兩者約成 45 度。而三條銅枝在電纜上的排列則約在 120 度的三等分便可。

    銲完成後,要細心檢查是否因銲接時間過長而將膠介質熔化,便網線與芯線發生短路,另外剩餘的網線絲亦可能因清理不乾淨而引致短路的。當檢查無誤後,便可進行實際測試。

    由於本天線結構簡單,加上 UHF 的功率錶不太普通,所以我們可直接把本天線經一個 PL259 對 BNC 的轉換頭裝在雙頻手機上去實地測試。至於用功率錶的測試方法,請參考下述的 VHF/HF 測試方法。

    如果我們的手機有 10-20mW 的超低功率檔時,就最好不過了。這時用兩台手機拿到一些大平地上,如果有 3~5 公里的直視距離,周圍又沒有障礙物時,所得的測試數值就會較準確。首先我們把兩台手機都接上原廠的天線,試驗出通信距離或電場強度指示,然後將一台手機的天線換上 GP 天線,再拉開距離測試,通常的距離會是原來的 2-3 倍就正常了。由於電場強度指示與距離並非成正比,所以只能作為另一參考數據,如果兩台手機都用上 GP 天線,則通信距離可增加 5 倍以上 (全部以直視距離作比較,在市區內測試因變數太多而不能作準)。

    為了防潮、防止 RG8U 網線鬆散及外形美觀化,最後應用自溶性膠布在圖 12 的甲部至乙部之間全部包裹起來,這樣一枝便攜式高效率 UHF GP 手機天線便製作完成。如果各種物料完備時,本天線製作耗時不會超過兩小時。

    在此亦需指出,上述距離測試中,並非表明 GP 天線的輻射效率較高,而是反映出通常的手機天線是十分差勁的,所以我們在需要作較遠距離或複雜環境下使用手機時,應該另備 1/4 波長或 5/8 波長的伸縮天線便可提高通訊距離。


便攜式 144MHz GP 天線

Pic 02
照片 2

    由於 GP 天線結構簡單,所以已經有很多文章介紹過用我們身邊很多常見的簡單物料去製作 GP 天線。照片 2 中,前面有兩根便攜式 GP 在完成各種測試後,眾人在技術討論後所攝,左面的 GP 重約 400 克,由前左 2 的黃君製作,性能不錯,在 1992 年 11 月會被帶上香港第二高峰鳳凰山上作通訊實驗,因而成為香港最高的 144MHz GP 天線 (因飛機上不能安裝業餘電台,而第一高峰頂是禁區)。

    這根天線的製作步驟如下:

Fig 13
圖 13:以金屬棒代替 B 極圓錐面,就是常見的 GP 天線。

  • 用燒風銲用的 2mm 銅枝長約 50.5cm,插入 PL259 高頻插頭的芯部,在盡頭處焊接起來,如圖 13 上半部,而剩餘外露在 259 插頭的銅枝應修整到長約 49cm。

  • 為提高發射主極 2mm 銅枝的機械強度及絕緣度,應該在銅枝與 PL259 頭之間用熱熔膠填充。而甲至乙部分應用自溶性膠布纏滿防水。

  • 買 4 枝 (2 枝亦可) 燒風焊用的 1mm 銅枝約 50.5cm,一端用尖嘴鉗扭成一小圓圈,剛好容許 1 分銅螺絲穿過,並用此 1 分螺絲配合絲母上緊在 PL259 高頻底座的 4 個孔上,如圖 13 的 ABCD 四點 (或 A-C、B-D 兩點),4 枝 1mm 銅枝最後修整至長約 49.5cm。PL259 底座的 ABCD 四個孔很多時的直徑只有 3mm,不能容納 1 分 (3.17mm) 螺絲穿過,這時就要用 1 分鑽嘴加工一下。

  • 同 RG58U,或更細直徑的 1.5D2V 50 歐姆同軸電纜,將網線銲接在銅螺絲上,而芯線則銲在 PL259 底座的中央芯點。本天線通常都是配合手機在戶外移動使用,如果電纜長度在 3 公尺以內,用 1.5D2V 電纜會來得更加方便。

  • 本天線的固定和支持部分如圖 13 下半部所示。先用一根 6 分的 14~24 吋長的 PVC 厚膠喉,在其一端套上如圖 13 丙部分之配件 (抱歉!說不出它的名字),這配件在材料店很容易找到,它與 6 分膠喉的尺寸很緊密用力套在一起時,強度已經很高,如仍嫌不足,可同時買到專門黏合 PVC 喉的膠漿來黏合,但這種膠漿十分厲害,黏合 10 秒後就不能將兩者分開,大家可考慮是否採用。

    跟著把 PL259 底座套在 PVC 膠座上,畫出 ABCD 四個孔的位置,然後用比螺絲稍大的 1.125 分鑽嘴鑽出四個孔,便可用 4 個 1 分直徑,長 6 分的銅螺絲把 4 個地極、PL259 底座和 PVC 膠配件三者上緊在一起,而 RG58U 或 1.5D2V 電纜則由 PVC 膠喉中穿出,再接到收發機上,如此便完成整根便攜式 GP 天線製作,調整和測試步驟請看下文。




基地型 144MHz / 50MHz 天線製作

    台港澳都是颱風多發區,我們製作天線時都要考慮到天線的風阻及機械強度是否可抵禦颱風吹襲。照片 3 的 144MHz GP 天線則已經過數次颱風考驗,電氣和機械性能依然良好,而且可在極短時間內改為 50MHz GP 天線,所以向大家介紹一下它的製作過程:

Pic 03
照片 3

  1. 先如照片 4 所示準備 (A) 6 分圓鋁管長約 2-3 呎,管壁厚 1mm 以上,(B) 6 分銅 Socket (在氣動或油壓材料店可找到),(C) 5 分電木管 (玻璃纖維管更佳) 約 3 寸,內徑不小於 3 分,(D) 3mm 銅枝長約 24 吋共 3 枝,(E) 照片 3 的 E 部為 3 分鋁管長約 14 吋,(F) 照片 3 的下部為 2 分鋁管長約 14 吋。

    Pic 04
    照片 4

    如照片 5 所示,C 的 5 分電木管套入 A 的 6 分鋁管內,而 A 的 6 分鋁管又可套入 B 的 6 分銅 Socket 內,但空隙不應太大。而 3 分的鋁管又可放入 C 的電木管內 (照片 3)。

    Pic 05
    照片 5

  2. 如照片 6 所示,將 6 分銅 Socket、6 分鋁管和 5 分電木管層互套,交疊面約 1.5 吋,5 分電木管外露約 1.5 吋,然後用 2.5mm 鑽嘴,一次鑽穿三種材料,並用 3mm 絲攻,一次攻出 3mm 螺絲紋,並用 3mm 不袗螺絲立刻將 3 種材料上緊,由於要用 4 枚 3mm 螺絲上緊三種材料 (有兩枚螺絲在照片上 B 的另一面),所以上述過程要做四次,但是要切記,一定要逐枚逐枚螺絲去做,不要一次鑽穿四個 2.5mm 孔,又分別攻出四個 3mm 螺絲,然後才上緊 4 枚 3mm 螺絲,因為在業餘條件下,是不可能對得準各螺絲孔及螺絲紋的。

    Pic 06
    照片 6

  3. 如照片 7 所示,將 3 分鋁管 E 穿入 5 分電木管 C 內約 1 吋 2 分,然後用 2.5mm 鑽嘴,一次鑽穿 E、C 兩種材料,並用 1 分絲攻旋出 1 分螺絲紋,再用 1 分銅螺絲把兩者上緊,如同上面的步驟一樣,兩個 1 分螺絲的上緊過程要先完成一個才做第二個,否則必定後悔。

    同時,順便一提的是,由於在香港很難找到 3mm 的銅螺絲,才會用 1 分螺絲的,如果大家找到 3mm 銅螺絲的話,則應放棄 1 分螺絲,因為後者的螺絲紋較疏,相應機械性能較弱。

    跟著在 5 分電木管 C 接近 6 分銅 Socket B 處穿出一個 2 分圓孔,以便 RG58U 電纜穿過。

    Pic 07
    照片 7

  4. 如照片 8 所示,將 RG58U 電纜由 6 分鋁管底部穿入到 5 分電木管的 2 分圓孔處後,用尖嘴鉗引出,然後用 60W 以上的電烙鐵,將網線銲在銅 Socket 上,而芯線則銲在 1 分銅螺絲上。這裡回頭解釋 2、3 步驟中的螺絲紋之所以要一次攻出,就是為了要與 RG58U 有良好的接觸,這個做法,即使經若干年的日曬雨淋,都不會有接觸不良的情況,其他加工方法,未必有這個保證。

    照片 8 中,銅 Socket 較亮的 A、B 兩點,是刮去表面的氧化層,以方便下一步驟銲接,銅 Socket 是六面柱狀,其中相對應的三面都要這樣加工。

    Pic 08
    照片 8

  5. 如照片 9 所示,在 14 吋 3 分鋁管上,用 2mm 鑽嘴每隔 1cm 穿 3 個孔,然後分別用 2.6mm 絲攻旋出 2.6mm 螺絲紋,跟著將 2 分鋁管 F 套入 3 分鋁管上 E,再用 2.6mm 螺絲旋緊,即照片 3 中的甲點。而 E+F 的總長度由照片 7 中的 2 分圓孔起計,約修整到 49.5cm 左右便可。這便成為 GP 天線的發射主極。

    為什麼不直接用一根 3 分鋁管長 49.5cm 直接做成主極呢,而一般參考資料全部都是這樣做的。筆者並非故弄玄虛,這樣做的好處是:1. 主極的長度十分容易修整,很容易把天線反射功率調到極低 (即 SWR 很接近 1:1,信不信由你,下述)。2. 換上另一長度的 2 分鋁管就很容易改在 50MHz (或其他頻率) 下工作,當然三根地極亦要調整,下述。3. 將天線的工作頻寬擴寬,方法下述。

    Pic 09
    照片 9

  6. 照片 10 所示是三根地極的前期加工法,先將一端約 20cm 處用砂紙或小刀刮去 3mm 銅枝表面的氧化層,再用強力尖嘴鉗及台鉗配合扭成一 45 度的直角三角形,邊長約 5、5、7cm,其中 A,B、C 三點用 60W 以上電烙鐵先行上錫。

    Pic 10
    照片 10

  7. 照片 11 所示,就是將一根加工好的地極銲到 6 分銅 Socket 上的情況,其他兩根地極亦以同樣方法銲接,最後三根地極在六角柱體的銅 Socket 上互成 120 度。至此整根 GP 便製作完成了。

    Pic 11
    照片 11

  8. GP 天線比起其他天線,有一個利弊參半的特點 (不應肯定為優點),就是阻抗很容易調到實數部分為 50 歐姆,而虛數部分為 0 歐姆,即 Z=50R ± 0j,而且受周圍環境影響較少,在離天線本體的半波長以內,只要沒有大型金屬體,對天線的阻抗影響甚小,因此測試本天線時,就不一定要在天台或室外進行,工作室或客廳都可有足夠的空間測試 (但要避免小孩子接近)。

  9. 照片 12 就是本天線的調整情況。筆者特意將天線縛在一張倒放的坐凳腳上,垂直的主極離陽台外牆約 0.8 公尺,掛在 6 分鋁管上的功率錶是著名的美國 BIRD 43 型號,這個功率錶是全世界大多數國家的電訊部門 (包括美日德) 的正式標準,它的兩個端子是不必拘泥於那個是輸入或輸出端的,只要改變中間有箭頭符號的 SENSOR,就可指示出天線的進行波或反射波了。當然大家有其他的 144MHz 功率錶,亦可同樣進行測試,但最好像照片 12 一樣,功率錶盡量接近天線並置於三根地極形成之圓錐面下,而 RG58U 電纜亦收集在地極之下方。

    Pic 12
    照片 12

    先把功率錶串接在天線與收發機之間,再調低收發機功率到 10W 左右,然後在 145MHz 左右 Key 機,觀察反射功率應在 2W 以下 (不要看 SWR),如果功率太大,超過 5W 以上,則肯定天線的各部分接點有問題。由於本天線不是 DC Ground,檢查的方法很簡單,把天線把功率錶的高頻 PL259 頭拔出,用萬用表的 Rx 1K 檔量度芯部與外殼的電阻值應是無限大的,如有短路情況,應先行排除才繼續測試。跟著,用 Rx1 檔量度 259 頭的芯部與天線之主極應該接通,再用 Rx1 檔量度 259 頭外殼與三根地極,同樣應是 R=0 導通的。如有問 題,亦應立即解決才進行測試。

    上述情況正常後,我們可以 Key 機,並改變收發機的工作頻率,再尋找功率錶顯示的反射功率,當找最小的反射功率點時,就是這根天線的自然諧振頻率,正常時應在 145MHz ± 300KHz 以內,這時之反射功率應小於 1W。當諧振頻率過高時,可增加主極的長度,方法是扭鬆照片乙的甲部兩個 2.6mm 螺絲,把 2 分鋁管升高 (即加長) 5mm,則諧振點會下降;同理,當諧振頻率過低時可將 F 的 2 分鋁管縮入 3 分鋁管 E 內約 5mm,則頻率可以逐步升高;這樣反覆調整 E +F 的長度,就可很快地把天線的諧振頻率調到 145MHz 了。

    但這時的反射功率未必會很小 (即 SWR 未必最佳),反射功率較大就表示天線的阻抗除 50 歐姆實數阻力外,還存在著相當的容抗或感抗的虛數成份,即± j 數值。這時有兩個方法可做:1. 增減三根地極長度,2. 增減三根地極所形成的圓錐面與主極的角度。為了更容易讀取反射功率值,可適當地把收發機 QRO 到 25W 以上,但這時主極的頂端及三根地極的末端都存在較高電壓,要避免接觸到身體,並應嚴禁小孩子接近。而 Key 機時,閣下最好離天線 1 米以下,或索性坐在地板上,則測試的準確性就較高。

    要臨時增加地極的長度,方法很簡單,用一個鱷魚夾夾在地極的末端便可以,待測試完滿後再用 3mm 銅銲牢即可,而縮短時則可用強力剪鉗約每次剪去 5mm 去調整。至於改變三根地極的角度的方法,似乎比增減長度來得方便,但有可能減低天線的美觀性,而對方向圖亦有少許影響。

    在調整地極的長短和角度後,應再調整一下天線主極的長度,則反射功率可進一步降低。照片 12 中顯示的情況,是進行功率在 50W 時,反射功率幾乎不能使表針偏轉的情況 (信不信由你)。當在室內測試完成後,應用熱熔膠或自溶膠布把天線的可能滲水部分屏蔽起來,然後移到天台或較佳位置架設,便可上線 QSO 測試了。

    上述天線的構造很簡單,材料方面無需太嚴格,製作時可按照現有或材料店找到的東西適當改變,只要按步就班進行,成功率是極高的。


結論

    GP 天線由於它的特性和結構,綜合各種情況,因此可認為:

  1. GP 天線應是我們第一支的 DIY 天線。

  2. 由於有極高的價格 - 性能比,因此 GP 天線成為天線市場中的主流產品。

  3. 其輻射效率較 Dipole 低,在 V/UHF 直視情況下,比 Dipole 低約 1.5dB,但在 HF 上,由於入射電離層角度影響,差別不大。

  4. GP 天線很容易製作成各種頻率的天線。

  5. SWR 並非決定天線優劣的主要因素,除非有多餘時間及興趣,否則追求優於 1:1.5 的 SWR 是不必要的。

  6. GP 天線是應常備但不應常用的天線,如果用它為主力天線,則等於自縛手腳,自我淪為 QRP 電台。這點與照相機類似,全自動的傻瓜式相機是應該購備的,它亦是銷量最高的相機,但是要拍出高質素的照片,傻瓜機就無能為力,而要採用單鏡反光機才能完成了。 END



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