BA5CW天线设计历程-80m

BA5CW天线设计历程——80m天线

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80米波段的分析

在分析80米时，以前的“建设一个超级大台——上路湾系列”中就碰到了一些困难，因为HFTA没有GP类型的天线模型，但粗略分析后，首先发现12米高的Dipole天线肯定是不够用的，低仰角时很大范围的角度是负增益，也许比平地结果好，但好不到哪里去，选择直立类型的天线作为发射是低波段的首选，粗看起来在山上也一样，当时也没有专门的接收天线，所以80米最终采用的是4SQ作为收发共用的天线，策略非常正确，80米效果也很不错。这次因为做了接收天线的考虑，毕竟能用上80米4SQ发射天线的人寥寥无几，所以准备探索一下使用简单的形式作为发射天线，80米波段的分析就从简单天线比较开始：

准备工作如上图，我先在MMANA上做了三种典型天线的对比，红色的是作为基准的12m高的水平Dipole天线，黑色的是全尺寸直立天线，绿色是我方案中的80m发射天线，利用高波段天线的12m塔，做一副半波斜天线half sloper，三者都是基于平地的数据，以便于我后面倒推在山上的结果。

重点看垂直方向的远场分别，从图中可以看出，dp天线的增益最高，但是7.6dbi的最高增益出现在90°朝天的方向，25°仰角是他们的增益交汇点，低于25°后水平dp开始不如直立和斜天线，尤其到了很低仰角的地方，水平dp出现明显衰减，-12dbi都不到，还不如接收天线的增益，作为DX和竞赛通联，25°以下是必须考虑的，除非只想做周边国家。直立天线和斜天线的情况倒是很接近，斜天线略有方向性，在10°-30°范围内的增益大约为1.6dbi，在不准备架太复杂的天线的前提下，我们先做好发射天线的取舍，很明显，我应该采用架设很简单的half sloper，因为它只需要在某个现成的塔上向下斜拉一条电线即可，馈线的芯线接电线，皮线接塔，按以前使用的经验来看，要注意的是这类天线需要做一个适当的电流型巴伦，否则会带来严重的馈线辐射，干扰电台室的设备，如果为了得到最佳匹配，还需要一个2：1的巴伦，这些都要比单独架设全尺寸GP方便。

以上是基于平地考虑的思路，平地的结果很清楚，在没有可能架高的情况下，选择GP或者斜天线比用DP合适。本节中动脑筋看看到山上的结果会如何（下面的论述非常晦涩难懂，我只想给自己留一个论证过程，大家只要知道结论即可）：

正如最开始所述，HFTA没办法直接分析直立天线，我动脑筋做了一些等效，上面的图说明了一些可以等效的地方，具体怎么等效说起来有点麻烦，有兴趣的可以自己研究这几张图。我简单说一下上图，先在HFTA上画出DP在平地12m高的结果(绿色曲线）作为基准，然后做出上路湾山上12m高DP的结果（蓝色曲线），可以看出12mDP在山上的最低增益和平地趋势（想象把蓝色曲线平滑一下）是一致的，只是增益向上平移了一些。最后用平地440m高的DP来模拟上路湾的海拔（红色曲线），对比蓝色和红色，DP升高后增益在各仰角上出现分裂，但不能完全代替山上的结果。

因此，HFTA分析不了的东西再用MMANA去分析，看看GP和DP在各种高度上的波瓣分裂情况，可以间接猜出大致情况：1）（上图）GP天线可以架设很高，由于波瓣分裂，低仰角分量也变大，但是不管多高，增益峰值最多增加3db左右（用以印证上一段关于“平滑”的想象），2）（右下图） GP天线在平地架设440m高度和DP天线在山上12m高架设的GP天线增益和仰角分裂状况几乎一致，3）（左下图）的黑色MMANA曲线对应于（上图）HFTA蓝色曲线，只看HFTA分析的34°以内的仰角，基本对应了远场图的绿色34°角的5个波瓣（需要通过想象转换一下坐标）。

我表达能力有限，可能没说清楚，但我可以给出结论：1）可以用上路湾山上12m高的DP，来代替同样在山上的直立天线的结果（HFTA蓝色和MMANA的黑色都是山上12m高的DP）。2）GP天线无论怎么架设，或在山上，或在地面升高，最好的结果也就是比地面上标准的GP高3db，该有的仰角凹陷还都有，无法改进。后续要提高，也只有看DP天线方案有没有可能。3）计算分析还是很有指导意义的，就DP和GP的差别在山上应用时，是完全超出我以前的思维定式的。

本以为80米波段的分析相对简单，但没想到，到这一步才回到之前的常规比较。由于决定了用DP，所以上图给出了在上路湾用不同高度的DP，在欧洲、北美、日本方向的效果评估，四种颜色分别代表湖蓝25米高，绿色20米高、红色16米高，蓝色12米高的DP，欧洲（左图）方向仰角范围1-20°，需要16米以上，最好用25米，10°以内0dbi附近，12°以上有3-4db的增加。北美（中图）方向仰角范围1-24°，主要在20°以内，25米高、20米和16米高，在4°上有个很深的凹陷，但是小于4°又需要有高度，16米和12米高在20°上有很深凹陷。日本（右图）方向仰角需求是10-17°和23-33°两段，无论哪个高度都类似，高度越高增益越大。综上所述，12米高以上其实都能用，4个高度中最佳的方案还是是25米高的DP，做不到，那就尽量高。

关于上面的描述，我自己看着都有点烦了，请忘记我上述啰里啰唆的描述，就当是我用这些花花绿绿的图来装B，不过上面的结论是对的。换个思路去看发射天线选择问题也许就方便了，GP类的天线无论怎么升高都不会带来特别大的收益(最多3db左右，而且会带来不利的仰角分裂)是个共识，所以我只要知道DP天线在山上架设有没有超过GP天线可能的最高增益就够了，这同样适用于其他波段，分析方法见下一篇的160m波段。至于接收天线，前面40m波段中已经分析过了，采用80m波段的8 CIRCLE天线是最佳选择，除了80m波段可以用以外，还可给160m波段用，困难在于50多米直径的空地不一定能解决，这时候就只能用40m 8 circle去降额使用，对于没有条件用8 circle的朋友们，我准备在下一篇里介绍一些其他常见的接收天线。

BA5CW 2021-08-24