双段手持八木

1 自制简易手持式双波段业余卫星通信八木天线 -- 2010 年全国青少年无线电通信锦标赛卫星通信制作项目 BA1DU，龚万骢 手持式 VHF/UHF 双波段八木天线是一种常用的低地球轨道（LEO）业余卫星 通信天线。目前大多数业余卫星工作在 2米和 70 厘米波段,本文介绍的天线是一 种 145MHz 两单元和 435MHz 五单元的线极化组合式八木天线，天线长度只有大约 0.8 米，很轻便，可以用来与 HO-68、AO-51、VO-52、SO-50、FO-29、AO-27 和 AO-7 等业余卫星通联，下面介绍如何自制这种简单实用的天线。 天线结构： 我们要制作的天线是一种带反射器和引向器的 J形天线，用一根 20x20 毫米 左右正方形截面，长度约 800 毫米的木条做天线的主梁，如果需要防水可涂覆清 漆或使用经过防水处理的木材。天线振子的材料采用截面积 4平方毫米的裸铜线 或黄铜焊条等材料。如图 1所示。 图 1 天线制成品 天线振子的尺寸列在下面的格里。 145MHz 天线 435MHz 天线 天线振子 振子长度 （mm） 振子位置 （mm） 振子长度 （mm） 振子位置 （mm） 反射单元 1029 0 343 0 激励单元 见图 2 178 见图 2 64 引向单元 1 ---- ---- 318 133 引向单元 2 ---- ---- 311 305 引向单元 3 ---- ---- 298 470 如图 1 所示,145MHz 振子装在后边,435MHz 振子装在前边(指向卫星的方 向),435MHz 反射器离 145MHz 激励单元间距 76mm。 天线采用 J 形激励单元，在 VHF 和 UHF 频段，J 形天线是业余无线电中常用 的天线，他是一种端馈半波天线，使用四分之一波长的匹配短线进行馈电。馈电 同轴电缆的外屏蔽层直接焊接到振子长边的中点附近，这里在理论上是射频零电 位；同轴电缆的芯线与振子短边相连，其结构示意图如下。 在自由空间，这种激励单元的阻抗是 150Ω，但是当我们装上本文给定尺寸 的反射器和引向器时，由于分布参数的影响，天线的阻抗将下降到 50Ω，这正 好与常用的同轴电缆的阻抗相匹配。微调 A端的长度，可使天线处于最佳阻抗匹 配状态。 L 同轴电缆 H A端 木质主梁 图 2 天线激励单元 激励单元尺寸 145MHz 激励单元 435MHz 激励单元 L（mm） 978 330 H（mm） 25 25 图 3 激励单元馈电点 VHF 和 UHF 双波段合路器： 常用的 VHF/UHF 双波段对讲机和车载电台只有一个天线连接端口，而我们制 作的天线有 145MHz 和 435MHz 两条馈电电缆，为了把他们连接到单天线端口的收 发信机上我们还需要制作一个合路器。 合路器的原理就是一个高通滤波器和一个低通滤波器连接在一起，使得 VHF 的信号不会窜到 UHF 通路上面，而 UHF 的信号也不会窜到 VHF 通路上面。电路如 图 3所示。 2 图 4 合路器电原理图 上图中端口 1连接收发信机，端口 2连接 435MHz 天线，端口 3连接 145MHz 天线，阻抗均为 50Ω。 由于 145MHz和 435MHz相隔大约三倍频程，因此这两个滤波器也就不难制作。 我们选定高通滤波器和低通滤波器的-3dB 拐点都是 250MHz，但并不需要很准确， 幅频特性如图 4所示。 图 5 合路器传输特性 3 电路中的电容器采用高频瓷片电容，若你只准备使用 10W 以下的发射功率， 则耐压 50V 的瓷片电容器就可以了，如果你想用他来连接车载电台，则要使用耐 压 100V 以上的瓷片电容器。 图中的电感器可以用漆包线或单芯电线自制。 图 6 L2 和 L3 参数 图 7 L1 参数 图 8 电感线圈的制作 元器件装焊在通用电路板上，但要注意元件引线要尽量的短，电路板尽量小 一些，以减小对带内信号的损耗。 图 9 组装完成的合路器 4 5 天线调整： 按照本文介绍的元器件、材料和尺寸做出来的天线就能处于基本正常工作的 状态，但是天线是分布参数部件，尺寸误差和原材料的差异都会影响到天线的性 能指标，为了使天线处于最佳工作状态，我们需要对天线进行调整。 衡量天线性能的指标有很多，如增益、带宽、波束宽度、阻抗、驻波比等等， 这些指标大部分是在后通过控制制造公差来保证，在业余条件下不易测试， 并且有些偏差也不太影响使用。但是若驻波比太高将直接导致收发信机发射时自 动保护降低发射功率，甚至会损坏发射机，接收时等效灵敏度也会下降，因此我 们需要把天线的驻波比尽可能调低。 驻波比反映了天线和收发信机之间信号传输的效率，理想驻波比的理论值是 1.0:1，性能良好的天线的驻波比小于 1.5:1，他表明 96%以上的能量能够在天线 和收发信机之间正确传输。驻波比小于 2.0:1 的天线通常能够满足正常使用，而 当天线的驻波比大于 3.0:1 时，则有四分之一以上的能量不能被正常传输，对于 发射天线，这部分能量会转化为热能，对发射机产生危害，这样的天线需要进行 调整。 测量天线驻波可使用功率驻波表或天线仪，先把 2米天线接到测试仪器 上，微调 2 米天线激励单元 A 端的长度，使驻波比在 145MHz 时最小；然后连接 和 70 厘米波段天线到测试仪器上，微调 70 厘米天线激励单元 A端的长度，使驻 波比在 435MHz 时最小。 把 2 米天线和 70 厘米天线连接到合路器，在合路后的端口上测量 145MHz 和 435MHz 频率下的驻波比，若驻波比与之前测量单天线时增大较多则应检查合路 器的元器件和焊接。 至此，一种简单实用的手持式业余卫星通信天线已经制作成功，这是个良好 的开端，你可以使用他来体验业余无线电卫星通信的无穷乐趣。