BA5CW业余无线电竞赛

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BA5CW天线设计历程——10m天线

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先从相对容易分析的高波段开始,10m和15m对大多数人来讲是相对容易处理的波段,波段噪声也比较小,所以可以采用前后比相对好的天线,当然由于天线尺寸小,加长主梁做大增益也是有好处的,原因是在低噪声下,可以听到很多弱小的信号,高增益有助于抄收弱信号。上路湾的高波段天线不需要改变太多,重点处理的是高波段容易越距的问题,尤其是比赛中日本台对QSO数量贡献不小,以往的比赛中发现高波段会有很长时间的越距,相比我国的南方,我们有明显劣势。下面的分析基本和以前写过的差不多建设一个超级大台——BY5CD之上路湾计划(二),稍微增加点想象内容:

10m欧洲方向各仰角增益

最下面紫色的柱状图是欧洲方向不同仰角下的QSO概率统计,没有考虑该方向下中亚和西亚的QSO,通联需要的仰角全部低于20°,6/7/8°的密度更高,1/2/3°也是需要重视的。

蓝色的线是在上路湾对欧洲方向地形下的计算结果,天线是5单元12m高架设,很好地覆盖了从2-13°的区域,大约有15dbi的增益,1°和13°以上也能有9dbi的增益,可以接受,更高的仰角(更近)反而变差了,但这些仰角的QSO概率也低,所以损失不大。单根主力天线就能满足要求。

作为对比,如果天线是在平原平地架设,要保证低仰角和上路湾持平,天线需要60m高架设,而且5°、11°、16°的仰角凹陷需要用堆叠去补足。更现实的对比是平原上如果也架设12米高,那么10°以下的仰角都要明显比上路湾差,尤其是1-2°的增益,要差10多个dbi,除了高度,无论什么天线都是补足不了的。所以西欧的通联会比上路湾难不少。

10m北美方向各仰角增益

北美方向的通联集中在14°以下,尤其是2-9°的范围,1°也不少,上路湾在此范围内,12m高的5单元天线增益13-19dbi,7°和12°以上的时候有凹陷和下降,但也能保证10dbi,可以接受使用单根天线。

作为对比平原80米高架设的5单元八木才能达到类似的低仰角效果,而且需要多天线堆叠用以覆盖凹陷,而平地12米高架设差距就很大,无法和上路湾相比,完成一部分美加通联还行,加勒比海的就比较困难了。要保证中等效果建议不要低于20米(如果没什么遮挡,可以把屋顶高度算上,小高层能有50米左右,高层可以有100米,但这时候仰角周期性的凹陷很难弥补)

10mJA方向各仰角增益

我们粗略地认为JA方向和NA方向大致重叠,所以都采用了上路湾30°方向的地形作为计算,这张图和上面的北美方向基本是一致的,只是显示的内容做了改变,首先是通联概率上日本台大致在10-24°范围内,以15-18°为主,第二,观察蓝色曲线,也就是前面讲的12m高的5单元八木,对欧洲北美都不错,但到了日本主要方向时增益急剧降低,甚至凹陷到0dbi,仅用这个12m高的天线是一定有问题的,这也是我们以前操作中能体会到的教训,所以增加一副5米高架设的天线是必须的,图中的绿色曲线就是低架的5单元八木,在覆盖JA区域时,基本是平的,13-14dbi的效果,完全足够,而当我们主力天线对欧洲使用,临时切换低天线做北美时,也可以有10多dbi的增益,满足快速切换的需要,而当高低天线同向堆叠时,北美方向可以增加1-3db,日本方向也有8-13dbi的增益,可以同时使用。第三,红色的曲线是对比用的平原12m高的5单元八木对日本的主要部分覆盖良好,更高的仰角时急剧下降,如果有低天线使用的话,也会有用,但总体效果不如上路湾单付低天线。


BY5CD的天线经过了在鄞州中学初始安装过程中简单优化,然后在上路湾安装时再次优化,本系列中的天线设计是更细致的优化,其基础来自建设一个超级大台——BY5CD之上路湾计划(五),为了方便其他爱好者参考,本系列的天线设计给出了详细的尺寸,但每人使用的铝管套接尺寸都有所不同,代入MMANA计算时应经过适当调整。

相应的天线设计

下面给出可选的一些天线设计方案,包括了方向图、增益、前后比、振子排列等数据,供大家参考,后面的帖子里除非特别说明,主天线都是12米高架设并可以旋转,而堆叠的高度都是5米,固定JA方向,指向东北。

10m 主力天线的选择,准备了两个方案,采用原有7.2m五单元的材料,一个是原有设计,一个是不用发夹匹配的折衷设计

上图是上路湾原有设计改进,用CL10的ham可以直接参考

上图是同样7.2m主梁,但用了OWA设计,避免了发夹匹配,对比前面的设计,性能取舍上偏向于SSB应用,当然CW也不差,所以上路湾有可能采用此设计做更新。

10m 堆叠针对JA方向的天线选择,

1) 直接拷贝主力天线

2)如上图,5.6米主梁4单元设计,对JA不需要太强,波瓣宽一点可以减少旋转的几率,由于没有用额外匹配,驻波偏CW,SSB端也小于1.5

BA5CW 2021-08-24