如何構建用於短波接收的無源諧振變壓器耦合環形天線 | 手把手教

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首先,值得肯定的是,小環天線的性能是非常強悍的,其性能接近全尺寸偶極或者垂直天線。這為很多空間受限的愛好者提供了在家操作業餘電臺的可能。


短波由於巨大的天線經常讓很多愛好者望而卻步,確實,40米波段的全尺寸偶極天線的長度為20米。國內的愛好者不同於國外,多數生活在城市中,架設如此龐大的天線成了難題。小環天線無疑是一種折中的選擇,但是要注意的是,鋼筋混凝土的建築物對無線電信號屏蔽很厲害,小環天線在室內使用效果會大打折扣。還有就是,室內的金屬物,鋼筋混凝土的牆壁對信號的反射會使信號變得非常複雜,小環是個好天線,但是在室內其性能卻難以施展。放在陽臺上是沒有辦法的辦法,解決了天線有無的問題,加之方便攜帶,可以去野外架臺使用。


小環天線的輻射電阻很低,為了提高效率,要使用較粗的振子,串聯諧振電容的損耗也必須考慮。使用中要注意安全,100w的發射功率會產生幾十安的電流,在調諧電容器上產生的電壓高達10000V。還有就是小環的Q值非常高,這決定了它的工作帶寬非常窄,頻率變化超過5 khz左右就必須重新進行調諧,這也帶來了非常好的信號選擇性。


Bob Colegrove分享了他關於製作無源、諧振、變壓器耦合環路(PRTCL)天線的出色文章:《DIY:如何構建用於HF接收的無源諧振變壓器耦合環形天線》

用於短波的無源、諧振、變壓器耦合環形天線

文:鮑勃·科爾格羅夫(Bob Colegrove)

BG5WKP朱軼 編譯

多年來,我一直抵制在製作室外天線上的無謂努力。相反,我把精力專注於將信號聚集在室內進行接收。多年前,我可以自由進入藏書豐富的工程類圖書館,並利用自己的優勢收集有關環形天線的理論和研發的信息,這對英語專業的我來說是一項艱鉅的任務。最終,通過遵循一些基本規則(其中一些規則可以追溯到100年前),我發現室內無源天線僅與幾平方英尺的電磁能量相交就可以達到相當令人滿意的性能。

天線理論

相對於非諧振環形天線,諧振環形天線有兩個優點。首先是當您

到達共振點時信號急劇增強的事實。第二個優點接著第一個,因為共振提供了一個自然的帶通,可以抑制較高和較低的頻率。這為接收器提供了一個有利的開端,可以減少互調或其他虛假響應。這些天線共通的缺點是,根據設計,諧振環路天線是一個窄帶天線,每當接收器頻率變化幾kHz時,就必須重新調諧。另一方面,當您隨便從這些天線拿起一根並知道何時調諧時,您所看到的S表和聽到的聲音並沒有什麼比這更有價值的了。

這裡介紹的環形天線沒有什麼創新的內容。這只是我能夠收集和應用信息的提煉。整個文獻中有很多重複的觀點,其中之一是環形天線“有效高度”的方程式。它基本上歸結為“ NA乘積”,其中N是環形天線中的匝數,A是它們綁定的區域。換句話說,為線圈提供儘可能大的電感。不幸的是,對於諧振環形天線,最大線圈尺寸隨頻率而減小。

由於存在電感限制,因此要使諧振頻率公式中的不可用電容最小化,以使電感/電容(L / C)比率達到最高,就成為了挑戰。一些無法使用的電容以分佈電容或線圈匝之間的自電容的形式內置在線圈本身中。這不能完全消除,但是可以通過

將線圈繞成扁平螺旋而不是螺線管來纏繞,並使各匝之間保持良好的間距來將其最小化。

第二招是使用可變電容器。即使板完全打開,仍有大約10到20皮法拉的剩餘電容不能用於調諧目的。一種簡單的解決方案是串聯插入一個電容器,約為可變電容器最大值的1/4。這有效地減小了最小容量並擴展了較高的頻率範圍。為了恢復可變電容器的整個工作範圍,可以通過“頻帶開關”旁路固定電容器。串聯電容器短路後,可變電容器將在其正常範圍內工作,並將覆蓋範圍擴展到低頻。

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枯燥無味的理論,接下來動手DIY

天線施工

我製作了類似的環形天線,涵蓋了長波,中波和短波,一直到大約23 MHz。我想針對短波頻譜中最活躍的部分優化此環形天線。因此,它覆蓋大約2.6至12.3 MHz。參見圖1。

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圖1. 用於短波的無源,諧振,變壓器耦合環形天線

圖2是天線的示意圖。Cd(紅色)是初級線圈L1的分佈電容。這不是可調電容,但仍會引起諧振。同樣,C1的最小15 pf電容。通過添加C2,可以降低最小總電容,從而大大增加天線的上限範圍。S1是“波段開關”。它使串聯電容器短路,恢復最大低頻。

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圖2. 原理圖

天線框架:

由3/8平方英寸(2.41935平方釐米)的椴木或白楊木釘製成(請參閱文末“專用零件”)。已經以½“的間隔預鑽了兩塊長36英寸(91.44釐米)的零件,以容納初級和次級線圈金屬絲(想想網球拍的樣子)。在每個銷釘的長度上鑽孔是一個好主意。您可能會決定稍後進行更改,並且在組裝好的天線上鑽孔並不容易。同樣,兩個銷釘在其中心開有缺口,以相互配合。參見圖3和圖4。圖4中的透明塑料盤是CD主軸上的包裝盤。它被粘在方形銷釘上,並用於將它們以直角固定。任何剛性,輕質的材料都可以。

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圖3. 方銷顯示了½”的孔間距和次級線圈的佈置

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圖4. 交叉構件的缺口和方形銷釘的加固

初級線圈:直徑為36英寸(91.44釐米)的線圈,您可能無法獲得多於兩匝的導線以在高達12 MHz的頻率上產生諧振。這考慮了上述預防措施,以最大程度地減少不可用的電容。使用AWG 22絞合絕緣電線

綁紮該線圈。確保銷釘彼此成直角。請注意,定位銷中的一組孔在第一圈和第二圈之間被跳過。

AWG(American wire gauge)美國線規,是一種區分導線直徑的標準,又被稱為 Brown & Sharpe線規。這種標準化線規系統於1857年起在美國開始使用。AWG前面的數值(如24AWG、26AWG)表示導線形成最後直徑前所要經過的孔的數量,數值越大,導線經過孔的等級越高,導線的直徑也就越小。粗導線具有更好的物理強度和更低的電阻,但是導線越粗,製作電纜需要的銅就越多,這會導致電纜更沉、更難以安裝、價格也更貴。電纜設計的挑戰在於使用盡可能小直徑的導線(減小成本和安裝複雜性),而同時保證在必要電壓和頻率之下實現導線的最大容量。

不同AWG數值的導線的直徑、面積和重量:

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調諧電容器:幾乎所有可用的可變電容器都可以工作。對於典型的2座組單元,可以通過公共轉子部分和金屬框架將各座組串聯連接,每個座的定子端子都用作外部端子。如上所述,這將產生較低的最小電容。

對於此處姐好啊的天線,使用了一個單端365 pf 電容器(請參閱文末“專用零件”)和一個固定的雲母電容器串聯。可變電容器的最小電容標稱值為15 pf。圖5顯示了用於初級線圈的電容器組件。組件安裝在穿孔的電路板上,而穿孔的電路板又安裝在垂直方形銷的底部。可以在後部看到底座的一部分。建議使用大直徑的調節旋鈕,因為正確製造的環形天線的峰值調節將非常靈敏,並且需要小心的調整。作為一種選擇,我在其他天線上使用了行星減速機構,以使電容器軸的比例為8:1。

您可能會注意到,在HF高頻情況下,由於旋鈕的身體接觸或調諧電容器的周圍,天線有些不穩定。這是因為諧振電路以非常高的L/C比工作,而電容僅為幾微微法拉。

人體電容將使天線失諧。絕緣軸將旋鈕從調諧電容器延伸2或3英寸(5.08或7.62釐米)可能會很有用。

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圖5.電容器組件

次級線圈:次級線圈在低阻抗下工作以饋入引入線。控制次級線圈尺寸有兩個極端。

太小的線圈在諧振時不會吸收初級線圈產生的太多磁場。另一方面,過大的次級線圈將使初級線圈過載或負載。這將減小天線的Q值或天線調諧靈敏度。

次級線圈最大匝數為16英寸(40.64釐米)對角線,由7匝AWG 20母線組成。使用了母線,因此可以在第一,第二,第三,第四和第六圈之後輕鬆地抽出線圈。當前未使用第七圈。當在較寬的頻率範圍內使用天線時,分接線圈將提供與引入線更好的阻抗匹配。分接頭用旋轉開關選擇。連接抽頭,以便首先使用外匝,並根據需要連接內匝。重要的是,未使用的匝保持未連接(空閒)而不是短路。參見圖6。

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圖6. 次級線圈開關

引入線:將雙絞線AWG 22絞合線用作引入線。這將比同軸電纜更靈活。引入線應保持儘可能短並擰緊,以免其自身吸收任何信號。這對於短波頻率很重要。雙絞線可以用兩段長度的鋼絲製成,其中一組末端固定在虎鉗中,而其餘末端在手鑽的卡盤中絞合。大多數便攜式無線電在外部天線連接點都配備了標準的1/8英寸(0.3175釐米)電話插孔。因此,該天線用1/8英寸(0.3175釐米)電話插頭端接。

底座:底座沒有什麼特別的。給您唯一的指導應該是使其儘可能穩固。由於框架很輕,因此電容器組件和其他部件的大部分重量將位於底部。這有助於天線的穩定性。該天線的底部使用5英寸(12.7釐米)塑料瓶蓋。保持底座較小,因為天線可能會在桌子上操作。

天線操作方式

天線應在靠近收音機的地方操作,例如在桌子或桌子上。必須有足夠的空間橫向旋轉環。如上所述,該天線的範圍為2.6 MHz至12.3 MHz,約有8 MHz頻帶重疊。根據您選擇的電容器,範圍和重疊可能會略有不同。

  • 將接收器調到所需的頻率。
  • 將天線上的波段開關設置為相應的波段。
  • 調整天線電容器使其諧振(峰值信號)。
  • 將輔助開關旋轉到最大信號強度的位置。從次要匝數最少(通常為一匝)開始。
  • 可能需要重新調整初級線圈。

重複該過程以測試上限或下限頻段的操作。

與長波和中波接收的類似環路不同,該天線對峰值或空信號接收的方向沒有特別的響應。但是,您會發現減少或消除本地產生的噪聲非常有用。只需旋轉天線的底座即可。

天線修正

該天線的基本概念可以輕鬆擴展到更高或更低的頻率。減少初級線圈的內匝將顯著提高上限頻率;相反,增加匝數會增加下限範圍。請注意,初級線圈的繫帶會在第一圈和第二圈之間跳過方形銷釘中的一組孔。這使匝間的分佈電容最小。如果增加額外的匝數以降低工作頻率,則應保持這種間隔。

專用零件

下面列出了方形木銷和單聯365 pf可變電容器的一些來源。作者不認可其中任何一個。類似電容器的價格差異很大。

方形木榫:

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可變電容(365 pf):


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天線看似簡單,但是其中的理論和實踐都需要深入咀嚼,尤其是搞懂其中的原理更有助於後續的DIY製作,社交隔離期間,手把手教你製作環形天線,還等什麼呢?

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