BA5CW业余无线电竞赛

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BA5CW天线设计历程——15m天线

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15m波段的分析

15米波段和10米非常类似,分析方法和天线选择也类似,和前一篇10米波段一样,HFTA分析的图片为了节省图片和便于对比,多条曲线放在同一个图内,需要仔细看图,我后续的分析尽量用统一的风格:

  • 欧洲和北美方向分析时,给出三条曲线,分别是蓝色的上路湾地形12m高架设,比较接近野外架设天线情况的红色平地12m高架设,适合高楼架设的绿色曲线主要是用于说明没有了山势帮助后,需要多高才能做到低仰角和上路湾地形类似的结果。
  • 日本方向分析时主要是针对上路湾的特别考虑,给出四条曲线,湖蓝色的12m/5m堆叠效果,蓝色的12m主力天线效果,绿色的5m高度固定日本方向效果,保留了欧洲北美方向一样的红色曲线——用于对比12米高主力天线放在平地上的效果。中文备注会也会逐步减少,曲线的意义在右边的方框里都有显示。

15m欧洲方向各仰角增益

15m欧洲方向的QSO仰角统计分布都小于20°,其中2-12°相对重要
  • 蓝色代表的上路湾用12米高5单元的能覆盖2-20°的主要分布,主要覆盖区域超过15dbi,局部高达18dbi,就算是1°也有9dbi,次要部分也超过13dbi,可以放心使用;和10m一样
  • 如果没有山势的借力,需要80米高才能使低仰角得到类似效果,也要增加堆叠以覆盖仰角凹陷,见绿色曲线所示;
  • 红色曲线代表到了平地上,低于10°效果逐步降低,低仰角的部分和上路湾有天壤之别。
有人会问,假设用同样高dipole回怎么样?答案是曲线形状是类似的,只是增益向下平移5-6db左右。不过不要误解,不是说一定要超过多少dbi才能通联,如果噪声够低,低于0dbi的也是能听到的,而发射上是少了相应db数,例如上图2°仰角的通联中,平地和上路湾15米高相比低了14db,对应20多倍功率,在上路湾用100w发射,和平地同样天线用1500多w发射对方听到的信号是一样的。
15m北美方向各仰角增益

北美方向30°角是上路湾的最佳地形,低仰角覆盖尤其轻松,尤其是这里需要的1°仰角
  • 用5单元12m高架设能超过10dbi,到6°仰角时达到18dbi,最高值10°仰角时达到了20dbi,覆盖全部需求;
  • 相对平地而言,15°以下逐步拉开差距,甚至比10m时优势更大,说明平地波段越低,越需要高度
  • 同样的城市孤立高楼才能像绿色曲线那样保证低仰角能力,而高楼无法架设堆叠去解决绿色曲线凹陷问题

这里说明一下,除非周围开阔,才能参考上面红色和绿色的结果,真正城市里地形过于复杂,很难描述,我做过当时在余姚城市地形的模拟,效果比这个flat要差一些。通联方向上的缓坡逐步下降是最好的,上路湾的欧洲方向有起伏山头,效果比北美差不少,在低波段的分析上我们将见到。

15m日本方向各仰角增益

日本方向的越距问题比10米波段好处理,所需的通联仰角覆盖大约是9-24°
  • 其中主力天线(蓝色部分)能覆盖主要通联部分,通联密度最高的10、11°增益可达20dbi(用堆叠能到22dbi),19°以上的次要通联部分增益急剧下降
  • 因此用一条5米高的天线(绿色部分)做补充是需要的,如果采用5单元天线也能超13dbi,一旦主天线朝向JA方向,堆叠使用效果略好,但不明显。
  • 在这个使用场景下,平地12m高相同天线(红色)和山上差不多,反而是山上为了覆盖近距离,还要多一副天线,增加了甜蜜的烦恼。

15m 主力天线的选择

和10m一样也准备了两个方案,采用10米主梁五单元 设计,实际上方案的差别没有使结果有本质改变,选择哪个都有理由:

上图是原有设计,使用CL15的铝管,经过优化后各方面性能都比较平衡

新增不用发夹匹配的owa设计作为可选方案,增益和前后比相比第一方案略有降低,但驻波比相对好一点,工作稳定性可能更好,新装天线准备采用此方案。

15m 堆叠针对JA方向的天线选择
1) 不差钱,安装也容易的话,直接拷贝主力天线,是首选方案

2)6米主梁3单元设计,该设计基于12m高度计算,增益比主力天线低,因为对JA不需要太强,波瓣宽一点可以减少旋转的几率,在5m使用的时候基本不用变化,可以略调整发夹的长度。这副天线原设计目的是15m inband天线,这里作为堆叠下天线的备份。

BA5CW 2021-08-24