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4阵列K9AY的设计制作

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07年底的时候,为了参加B3C的CQWW CW,我预先架设一条K9AY,作为第一次尝试接收天线,当时试听个别信号的时候,感觉很理想,尤其是在80m上,的确很有用,但实际比赛发现效果很有限,尤其是160m,和GP相比,提高的太少太少了。当时国内没人做过这天线,能够得到的参考很少,尽管如此,这条K9AY使我开始注重低波段的接收问题了。

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上面的照片就是当时很原始的状态,后面的原理图供DIY单K9AY的参考

2010年策划星火农场的CQWW CW比赛,发现BD4CB的那块地方很适合架设4阵列K9AY,当然我知道beverage更好,但是场地要求太高,本着少花钱多办事的原则,我决定上这个4阵列K9AY了。话说出口了,本以为网上能找到现成的资料,可是放狗乱咬一通之后发现我彻底错了,网上涉及到阵列K9AY的只有两个来源,一个是波兰ham的试验http://sp3key.com/klub/k9ay_pro/index_en.html,另外一个是成品的2 阵列K9AY http://www.wellbrook.uk.com/K9AYphasedarray.html ,根本没有足够详细的资料可以参考。

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没办法,只好自己动手丰衣足食了,不就是个移相和阻抗匹配的事情吗,应该难不倒我。用现有的单K9AY的图纸,我凑出了上面的4 K9AY的方案,主要是前面4个和一般K9AY一样的9:1匹配加对地电阻,中间一个50欧姆四分配器加可开关的滤波器巧和前置放大器,桌面端6个开关控制方向选择、前放开关、接地电阻选择。BD4CD制作了前端的PCB并安装好了继电器、电阻。我自己绕了9:1传输线变压器和50欧姆4分配器,用洞洞版装了中间盒的前放和滤波电路。在11年CQ160比赛的第二天和BD4CB忙了一天,终于让4 K9AY初具规模了。不过那天时间不够,只是粗略听了一下信号,感觉效果挺明显,只是前放供电线路错误,还没有机会感觉滤波和放大的效果。

开始的难点在于9:1和4分配器上,要做到1.6兆可以使用,磁环频率还不能太高,否则线圈就绕不下了。好在单位里仪器多,两个回合就搞定了变压器的问题。

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滤波电路的软件模拟,横坐标是1兆/格,滤波器大约的范围是1.7-4兆

其实真正的难点在于我图上没有画的移相器,用mmana模拟一番,找出了几个相位的配合,都不是很理想,我下面先贴几个不成熟的移相方案,等忙过这段时间,我一定要找出一个理论上比较舒服的方案,然后制作一块移相板,并且增加一些继电器或者用单片机方案把控制改成8个方向。

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上图是20m方阵,4K9AY同相状态下的结果,红色的是160m状态,黑色的是80m状态,之所以选择20m方阵主要是因为场地原因,另外40m方阵对于80m来讲仰角有点高。

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上图是160m条件下,4K9AY和单K9AY的比较,红色的是4K9AY同相馈电,也就是1月29日实验的那个样子,黑色的是单个K9AY,增益明显提高了接近6db,但FB只是0.3db的差别,方向系数也基本没有变,实在是不够满意,非加移相不可。

今天计算了一下移相的数据:

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相位是前方0°,两边是a/2,后面是a,a从外到内分别是0°90°120°150°180°210°240°270°300°,依次增益降低,FB和方向系数提高,仰角降低。

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上表各列显示的是 频率 R X SWR GAIN FB EL,各行分别为a=300°270°240°210°180°150°

选择哪一个方案是个麻烦事,从接收天线的角度来讲应该选方向性最佳的300°移相,但-31dbi的增益让人头疼,从移相的角度来讲,选择180°是个很折衷的方案,移相可以用馈线,也可以用集中参数电路,-21dbi的增益损失只有不到3db,FB可以到23.2db。另外一个选择是240°,这是保持了单个K9AY的增益,但FB提高到30db。

我们来看一下在80m状态下的数据:

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上图从外向内分别移相0°120°150°180°210°240°270°注意一下表格数据,从上到下是0°120°150°180°,从计算上看出增益最佳值在90°附近,FB也算出色;接着看下表的270°240°210°180°150°,最佳的FB出现在270°附近,出现了和160m在300°移相下相似的51db的FB,此时增益仍然可以接受。

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看来是20m方阵对于160m来讲尺寸太小了一点,既然不能兼顾80m和160m的效果,只能分别移相了。选移相180°,160m增益-22.79dbi,FB=23db,80m增益-9.58dbi,FB=37.94db,下面的图是80m时最佳增益90°移相和最终选择180°的对比,红色的是180°

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在计算的过程中顺便优化了接地电阻,160m的时候应该用400欧姆左右,80m的时候应该用620欧姆左右,这时候对前后比贡献最大。


BA4ALC/BA5CW 2014-09-30