題:
什麼是天線調諧器?為什麼首先要打擾諧振天線?
SDsolar
2017-08-11 02:14:07 UTC
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市場上有許多天線調諧器具有各種功能,它們如何使隨機輻射器與我們的收發器一起工作。

它們到底是做什麼的?我的理解是,它們可以抵消電感性和電容性電抗之間的不平衡,因此收發器可以將最大功率輸出(或輸入)耦合,即使天線在特定工作頻率上可能不會諧振,因為總阻抗(Z)包括三個部分,其中兩個是取決於頻率的電抗:X(sub)L和X(sub)C,以及R,是整個系統的輻射電阻。而且,發射器在非電阻負載下也不能很好地工作。

在使用諧振天線的情況下,它們處於平衡狀態,因此會向發射器提供天線的特徵輻射電阻。對於一個普通的偶極子,它通常約為72歐姆。並且有許多天線分析儀可以幫助天線的物理修剪,以減少饋線上的SWR。

(我記得使用燈泡來調整舊的管狀發射器,因為它們在HF時大部分是電阻性的,而無功的)

到偶極子的300歐姆階梯線需要一個4:1平衡-不平衡轉換器將阻抗降低到變送器可以處理的範圍(電阻通常為50-75歐姆),以使變送器保持在其極限範圍內。

那麼天線調諧器做什麼?它會減少饋線上的SWR(損耗)嗎?還是僅僅確保與發射器的匹配,以便無論信號是否從天線耦合到外界,它都能以最高效率工作?

讓這個問題進一步複雜化的是Q-天線將最有效地接收發射機功率並輻射出去的帶寬的度量。我的理解是,最好的諧振天線具有較高的Q值,這意味著最有效的諧振帶寬非常窄。

當在頻段75米的電話部分使用80米的偶極子時,我經常使用調諧器,以減少指示的SWR。

類似於在15米的距離上使用40米的天線,但是這更成問題,因為諧波的排列不緊密,而且調諧器比我目前的旅行模型更好。

所以問題分為兩個部分:

什麼是天線調諧器?如果將其安裝在發射器上,是否真的在調諧天線本身?例如,是否會將饋線中的SWR減小到非諧振天線?為了減少饋線中的SWR損耗(發熱),應該將調諧器放在天線處而不是在發射機處嗎?

並且是否有可能使用調諧器使發射機將功率饋入天線中。那麼為什麼我們首先要擔心製造諧振天線呢?

好答案。這整個話題使我對手機產生了疑問。在封閉的手中並坐在桌子上時,他們如何才能製造出可以工作的天線。那一定是一次重大的設計勝利。
類似的問題:https://ham.stackexchange.com/questions/8963/antenna-tuner-design和https://ham.stackexchange.com/questions/55/why-do-i-need-to-tune-an -天線
手機:低功率,寬帶分形天線或多天線
五 答案:
Glenn W9IQ
2017-08-11 22:08:31 UTC
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如果可以使用調諧器使發射機向衣架提供功率,那麼為什麼我們要擔心首先製造諧振天線呢?

簡而言之,就是效率。

請考慮全長40米,1/2波長偶極子大約65英尺(19.8米)長。僅2英尺(0.6米)長的偶極子的增益僅比65英尺的偶極子小0.5 dB。這在空中幾乎沒有什麼明顯的區別。但是問題是,我們不能使天線系統的效率足以實現0.5 dB的微小損耗。與全尺寸偶極子相比,系統效率低下通常會造成很大的損失。 。 10/8波偶極子的增益幾乎是1/2波偶極子的兩倍。它不會產生共振,但可以通過簡單的匹配網絡輕鬆匹配到傳輸線。如果不添加匹配網絡,八木天線就不會諧振。還應考慮到,許多諧振天線無論如何都不會在饋電線的阻抗上諧振-例如,理想的1/4波接地平面垂直諧振約為34歐姆。

以下是一些天線系統的效率低下:

輻射電阻與電阻損耗

抗輻射性是一個經常被誤解和誤用的術語。天線的輻射阻抗 是由電磁波輻射引起的。對於合理構造的自由空間,1/2波,中心饋電偶極子,輻射電阻約為73歐姆。天線中的任何電阻損耗(未輻射的功率)都會增加該輻射電阻,從而影響饋電點阻抗。在這種偶極子的情況下,由於構成偶極子的導線,因此會有非常少量的RF電阻。如果我們使用14規格(1.45毫米)的導線來構造天線,則RF電阻將約為2.7歐姆。這樣,在此示例中,總饋電點阻抗將為75.7歐姆。

天線的效率由以下公式給出:

$ $ Efficiency = \ left(\ frac {R_r} {R_r + R_l} \ right)$$ span>

其中R r sub>是抗輻射性,R l sub>是電阻損耗。

因此,如果將其應用於上面的偶極子示例,效率將為96.4%。相比之下,兩英尺偶極子的R r sub>約為0.04歐姆,而比較的R l sub>為0.08歐姆,效率為33%。

要完成效率圖的這一部分,請考慮:

$$增益=方向性\效率$$ span>

全尺寸偶極子的指向性為1.65。將其乘以上面示例的96.4%的效率,則增益變為1.59(2.02 dBi)。對於短偶極子,方向性為1.5。乘以上面示例中33%的效率,增益變為0.5(-3.01 dBi)。因此,兩個天線之間已經存在5 dB的差異,並且還必須考慮其他 system 損耗。

匹配網絡/調諧器

在我們的1/2波偶極子的示例中,天線的饋電點阻抗約為75歐姆。如果我們嘗試使用50歐姆的電源來驅動它,則我們可能希望有一個調諧器或匹配網絡來在兩個電阻很大的阻抗之間進行轉換。在這種情況下,構建良好的調諧器或匹配網絡的效率將在80-95%的範圍內(損耗小於1 dB)。

在我們的短偶極子示例中,情況是有點複雜。我們既需要消除偶極子的容抗,又要匹配極低的饋電點阻抗。如果不對匹配網絡的效率進行費力的計算,那麼從匹配網絡中獲得低於10%的效率(>10 dB損耗)就不會是不合理的。這意味著,僅在匹配網絡中,至少有90%的施加功率或信號會因加熱而損失掉。現在,我們的短偶極子系統的增益為-13 dBi,比全尺寸偶極子示例低15 dB以上。這等效於將100瓦發射機的信號強度與3瓦發射機的信號強度進行比較。

傳輸線損耗

所有現實世界中的傳輸線都表現出失利。這本身就是效率的降低。傳輸線的規範列出了給定頻率下傳輸線的損耗,假定傳輸線的特徵阻抗終止。當傳輸線的特性阻抗未終止時,傳輸線的損耗會增加(效率會進一步降低)。

通過將調諧器或匹配網絡放置在靠近天線的位置,以提供與天線的匹配傳輸線的特性阻抗,可以避免由於傳輸線不匹配而造成的額外損耗。這樣可以最大化給定傳輸線的效率。

當傳輸線未連接到與其特性阻抗匹配的負載時,會產生次級影響-傳輸線將不再顯示其特性阻抗。換句話說,它變成了阻抗變壓器。例如,我們在早期示例中將75歐姆偶極阻抗連接到RG213的23英尺時,將在傳輸線的發射器端將其轉換為34歐姆。傳輸線上的總損耗將為0.119 dB,其中只有0.009 dB是由於負載不匹配所致。諸如 TLDetails之類的免費程序可以使這些計算快速完成:

enter image description here

在某些情況下,此轉換通過將天線阻抗轉換為從系統效率角度來看更可用的方式,可以發揮我們的優勢。在其他情況下,這可能會降低系統效率。但是,請務必根據發射機的輸出效率來考慮這種變換效果。

發射機的輸出效率

要考慮的最終效率因素是功率放大器的輸出功率。發射機。大多數業餘變送器都設計為在連接到50歐姆電阻負載時提供額定輸出功率。與此負載的任何偏差通常都會導致變送器的輸出功率降低。發射器輸出功率的損失有效地降低了系統效率。

例如,一個100瓦,50歐姆源阻抗發射器連接到RG213的23英尺,並以我們的75歐姆偶極子端接,將輸出96瓦(如果沒有保護電路啟動)。這是96%的輸出效率(0.17 dB損耗)。請注意,在此示例中,這比在發射機處使用天線調諧器使發射機阻抗與饋線阻抗匹配(即使這是1.5:1 SWR)更有效。

SWR

SWR基於傳輸線特性阻抗與傳輸線上負載阻抗的關係。在發射系統的情況下,負載通常是天線。對於接收系統,負載通常是接收器的輸入阻抗。

由於我們已經在較早的傳輸線部分中處理過傳輸線特性阻抗與負載阻抗的關係,因此我們不必將SWR視為效率低下的另一個來源。

Phil Frost - W8II
2017-08-11 15:43:12 UTC
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我的理解是,它們可以抵消感性電抗和電容性電抗之間的不平衡,因此即使天線在特定的工作頻率上可能不會諧振,收發器也可以將最大功率輸出(或輸入)耦合,因為總阻抗(Z)由三部分組成,其中兩部分取決於電抗的頻率:X(sub)L和X(sub)C,R是整個系統的輻射電阻。而且,發射器在非阻性負載中的工作情況也不佳。對於某些阻抗,不匹配的負載可能使更多功率耦合到負載,但這會損壞變送器!因此,調諧器的目的還在於向發射器提供一個阻抗,使其能夠在其最大電流和最大電壓範圍內工作。

輻射電阻還取決於頻率,而調諧器不會它一定只是消除電抗。考慮一個極端的例子:一個1波長長的導線偶極子的輻射電阻約為4500歐姆,並且沒有電抗。這並不意味著調諧器無事可做:調諧器需要將該阻抗降低至50歐姆。

300歐姆梯形偶極子線需要4:1的巴倫將阻抗降低到變送器可以處理的範圍(電阻通常為50-75歐姆),以使變送器保持在其極限範圍內。

這不是使用300-歐姆梯形線。如果將其用於長度的1/2波長倍數,則梯形線將不會對發射機看到的負載阻抗產生影響。阻抗降低還可以通過電感器或電容器網絡來實現,該網絡可以是固定的,也可以是可變的,如調諧器中那樣。

或者如果不匹配天線以啟動天線,則正確長度的300歐姆梯形線可能會導致發射器處的阻抗匹配。使用受控長度的饋線來匹配負載稱為存根匹配。只要能夠選擇傳輸線的長度和阻抗,任何負載都可以匹配。如果無法選擇傳輸線阻抗,則任何負載都可以匹配不超過兩個長度的傳輸線。

問題在於Q-帶寬的度量天線將最有效地接收發射功率並輻射出去。我的理解是,最好的諧振天線具有較高的Q值,這意味著它們最有效的帶寬非常窄。

天線損耗會降低Q,例如垂直接地較差的天線平面將具有較低的Q和較寬的帶寬。虛擬負載的Q為零且帶寬無限。

但是損耗並不是唯一的因素。通過加載線圈縮短的垂直線的Q值比完整的1/4波長長的Q值高,但是縮短的垂直線通常是較差的天線。由較粗的電線製成的1/2波偶極子,或由籠狀電線製成的偶極子,或像折疊的偶極子一樣變粗,其Q值比由細電線製成的1/2波偶極子小,但效果卻一樣。

經常需要調諧器在80/75米的情況下,由於以下兩個原因:

  • 經常使用電縮短的天線(例如,加載線圈)來使否則非常大的天線易於管理,並且
  • 該頻帶的部分帶寬非常大。

什麼是天線調諧器?

它是旨在將一種阻抗與另一種阻抗匹配的各種組件網絡,其可變組件可以適應多種頻率或各種天線的使用。通常,它是一個PI網絡:

schematic

模擬該電路 –使用 CircuitLab

如果它安裝在發射器上,實際上是在調整天線本身嗎?

否。可以說,如果將其安裝在天線上,實際上也不會對天線進行調諧,儘管這樣的安排可以避免由於SWR的增加而導致的饋線損耗。

這僅取決於您如何定義“天線” 。就發射機而言,重要的是出現在其端子上的阻抗。可以說某些天線包含饋線,例如具有短線匹配的天線,或使用傳輸線進行相位延遲的相控陣。這些傳輸線是“天線”的一部分嗎?如果傳輸線是天線的組成部分,例如在齊普峰,伽馬匹配器或折疊偶極子中,該怎麼辦?

是否將饋線中的SWR降低到非例如諧振天線?

不是,如果它安裝在發射機上。

調諧器應放置在天線上而不是發射機內嗎?為了減少饋線中的SWR損耗(加熱)?

是否應該將調諧器放在棚子中,以便可以在不出門的情況下調節旋鈕?答案將取決於個人情況。自動調諧器價格昂貴得多。雖然將調諧器放在天線上確實可以減少饋線中的失配損耗,但這些損耗可能不足以證明遠程調諧器的成本合理。請參閱具有高駐波比的饋線的實際損耗是什麼?降低饋線上的SWR還會降低線路及其上任何組件(例如浪湧抑制器)的峰值電壓和電流高功率運行時的一個限制因素。

如果可以使用調諧器使發射機向衣架提供功率,那麼為什麼我們要擔心在第一個中製造諧振天線呢?

在HF處的衣架可能是一個具有挑戰性的天線,因為相對於波長的極短長度會帶來極端的失配,大多數調諧器將無法匹配它

諧振天線只是許多可能的天線設計之一。不需要調諧器可以降低成本。

Mike Waters
2017-08-11 03:29:42 UTC
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簡單地說:

如果它安裝在發射器上,它實際上是在調整天線本身嗎?

不是,不是 調整天線。它恰好與饋線調諧器到發射機的電阻和電抗相匹配。

是否會降低饋線中非諧振天線的SWR?

否,它不會改變饋線上的VSWR。

是否應該將調諧器放在天線而不是發射機處,以減少饋線中的SWR損耗(加熱)?

理想情況下是的。但是,這通常是不實際的。通常最好使用低損耗的饋線。

到偶極子的300歐姆梯形線需要4:1的巴倫來降低阻抗

有時有效一個(也許是兩個)頻帶,但是如果要覆蓋80-10,則不會。

我的理解是,最好的諧振天線具有較高的Q值,這意味著它們的帶寬非常窄最有效。

不一定如此。具有較小Q值和較寬帶寬的偶極子確實可以非常有效!一種方法是用“籠”代替單根導線,從而大大增加了元件的有效直徑。

Syncopator
2017-08-16 20:22:04 UTC
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儘管到目前為止,答案中都隱藏著差異,但值得指出的是,調音和匹配是兩件事完全不同。

要說清楚,調整可確保天線在所需的頻率下諧振,匹配是為了達到發射機和/或接收機看到的所需阻抗。

Rich Morgan - KF9F
2019-04-10 02:39:05 UTC
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在我之後重複;沒有像天線調諧器那樣的東西。沒有像天線調諧器那樣的東西。標籤是該死的,這是謊言,是扔掉火腿社區的陰謀。

但是我們在做什麼???讓我們調諧:在14.25MHZ處,如果您希望在波段的底部工作CW,則將其1/2波浪偶極子“調整”到32.842英尺的長度時

,請說14.05。 MHZ,您現在需要的DIDOLE約為33.309',大約5 1/2“更長。此外,在75 & 80 MTR頻段上:3.975MHZ需要117.735'。-AT 3.6MHZ-130'。關於12'LONDON。

這些將被調整為天線,沒有調音器。隨著您正在改變天線的物理特性,帶有可變負載的“ Broomstick”類型的揚聲器會變得更漂亮。

他在說什麼?這是您說的話。這是您不使用調音器的不同之處,您使用的是“匹配設備”。(通常被稱為匹配框,傳送框,耦合器,AMU)您不蹲在天線上,您正在適應天線-這是鑽機的關鍵-系統-您要做的就是更改TX和RADIATING ELEMENT之間該系統(Feedline,TRAPS,BALUNS,CHECKES ETC)的不同價值。那裡沒有蘇CH作為天線調諧器。

讓我們比賽。

很可惜,我並沒有厭倦細節,但在58歲的火腿之後,我不得不學習很多困難的東西。這大部分來自W1ICP LEWMCCOY。'73RICH KF9F

大吼大叫是什麼?
在我看來,天線調諧器的最終目的是使通過天線(在天線處)的輻射電阻的電流最大化。


該問答將自動從英語翻譯而來。原始內容可在stackexchange上找到,我們感謝它分發的cc by-sa 3.0許可。
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