- 電波傳播三種途徑
- 天線(xiàn)的各種特性
天線(xiàn)的作用就是把發(fā)射機末級回路的高頻電流變換成電磁波并向特定的方向發(fā)射出去。接收天線(xiàn)則是把以自由空間為傳媒的電磁波還原為高頻電流經(jīng)饋線(xiàn)送入接收機。由此可見(jiàn)，天線(xiàn)的作用就是在高頻電流和電磁波之間進(jìn)行能量轉換。因此，從理論上講，發(fā)射天線(xiàn)可以當作接收天線(xiàn)使用，接收天線(xiàn)也可以充當發(fā)射天線(xiàn)使用。
目前，用于接收衛星電視廣播的天線(xiàn)有：螺旋天線(xiàn)（用于接收L波段電視廣播）、拋物面天線(xiàn)（前饋型。常用于接收C波段、Ku波段衛星電視廣播的正饋、偏饋天線(xiàn)）、卡塞格倫天線(xiàn)（后饋）、平板天線(xiàn)等。
天線(xiàn)的主要特征參數有：1、方向圖、主瓣寬度與副瓣電平；2、增益；3、極化；4、電壓駐波比；5、頻帶寬度；6、噪聲溫度；7、效率等。工程上常用這些參量來(lái)衡量天線(xiàn)的技術(shù)特征。接收衛星電視廣播要求接收天線(xiàn)具有高增益、高效率、低噪聲、寬頻帶、天線(xiàn)指向調整范圍寬等特性。
天線(xiàn)是FMDX的耳朵，微弱的電波從天線(xiàn)經(jīng)過(guò)饋線(xiàn)進(jìn)入接收機，才能讓我們聽(tīng)到遠方電臺的聲音。一個(gè)接收系統的好壞，天線(xiàn)占了一半。我們希望天線(xiàn)能有高的增益，把微弱的信號變得響亮，我們希望天線(xiàn)能有一定的選擇能力，把傳呼臺干擾和本地強臺擋在外面，我們希望天饋系統盡量減小損耗，把每一微伏的信號都送到接收機的前端。
對于大多數使用便攜式收音機來(lái)收聽(tīng)FMDX的人說(shuō)，他們的天線(xiàn)也許只是收音機上的拉桿天線(xiàn)，這樣的天線(xiàn)雖然簡(jiǎn)單方便，但是對于FMDX來(lái)說(shuō)，無(wú)論如何是不夠的，盡管拜電離層的恩賜，這樣的天線(xiàn)系統也不是沒(méi)有可能接收到DX信號。
我將介紹一些常見(jiàn)而且容易自制的天線(xiàn)，這些天線(xiàn)能夠用我們日常生活中容易得到的材料制作。我會(huì )逐一制作這些天線(xiàn)，將制作的過(guò)程拍成照片，并給出盡可能詳細的尺寸數據。盡管我在制作過(guò)程中會(huì )動(dòng)用天線(xiàn)分析儀甚至是綜合測試儀等設備，但是我將告訴讀者不使用這些昂貴儀器的調試方法。至少，完全按照我的材料、尺寸總不會(huì )錯。
電波：
在講天線(xiàn)之前，不能不先提一提電波。我們制作天線(xiàn)的目的是為了捕捉電波，因此，在考慮天線(xiàn)的問(wèn)題之前，絕對有必要先研究一下電波的問(wèn)題。
電波傳播，主要有三種途徑：
l直接波:這是指從發(fā)射天線(xiàn)到接收天線(xiàn)之間，不經(jīng)過(guò)任何發(fā)射，直接到達，電波就象一束光一樣，所以有人稱(chēng)它為視線(xiàn)傳播。視線(xiàn)傳播這個(gè)名字也表明了這種傳播方式能夠傳播的距離不遠。這有兩個(gè)原因，首先是電波從發(fā)射點(diǎn)出發(fā)，其能量是以?xún)缂墧颠f減的，而接收機要能良好地解調出廣播，需要一定的信號強度。所以太遠的地方，信號太弱，不足以解調。如果只是這個(gè)原因，那么拼命提高發(fā)射功率或增加接收天線(xiàn)的增益，也許就可以擴大收聽(tīng)的范圍了。
但是，還有一個(gè)重要的問(wèn)題是，地球是圓的，在地球上任何一點(diǎn)發(fā)出的電波，按直線(xiàn)前進(jìn)的方向，最終將離開(kāi)地球射向天空。主要是由于第二個(gè)原因，一般地講，地面上一個(gè)發(fā)射臺發(fā)出的直線(xiàn)波，只能傳播到70km遠處地面上的接收處。如果雙方的高度增加，那么這個(gè)距離還可以增加，但總是有限的。所以，70km，是本地收聽(tīng)的極限，實(shí)際上，由于山脈、丘陵、房屋的阻擋、反射，這個(gè)距離還要大打折扣，一般可以估計的距離是35km。[page]
電離層發(fā)射波:這是指電波通過(guò)電離層的發(fā)射達到接收方。這里面的反射的電離層是F1和F2層。F1和F2并不是甘心反射所有的無(wú)線(xiàn)電波，它們能反射的最高頻率是有限的，超過(guò)這個(gè)頻率的電波完全得不到反射，而是穿過(guò)電離層射向太空。如果沒(méi)有這個(gè)特性，那么通訊衛星就不可能存在了，通訊衛星就是在電離層外工作的。這個(gè)最高頻率叫作MUF（MaxUsableFrequency）。MUF與很多因素有關(guān)，主要是和太陽(yáng)黑子活躍程度以及季節有關(guān)。太陽(yáng)黑子活躍，MUF就高，天氣熱，MUF也高。
MUF最高能高到多少呢？一般在太陽(yáng)黑子活躍期的夏天，MUF在20MHz到40MHz之間，很少超過(guò)50MHz。在低的時(shí)候甚至會(huì )低到10MHz以下。但是在太陽(yáng)黑子異?；钴S的時(shí)候，MUF也有可能偶然達到100MHz。這時(shí)候，就有可能通過(guò)F層發(fā)射收到DXFM了。但是這不是FMDX的主要形式，FMDX主要是通過(guò)另外一個(gè)電離層E層。本來(lái)E層的出現是破壞F層，所以我們不妨記F層為Friend層，E層為Enemy層。但是Es層的出現，卻會(huì )形成一個(gè)短期內密度極高的反射層。反射層的密度高，意味著(zhù)能更好地反射電波。所以Es層開(kāi)通的時(shí)候，DX電臺的信號會(huì )異常地強。在6米和10米業(yè)余波段工作的業(yè)余電臺都知道，Es層開(kāi)通的時(shí)候，很小的功率，甚至5W，也有可能做DX聯(lián)絡(luò )。
Es的開(kāi)通，主要是提供了800km以?xún)入姴ǖ膫鞑ヂ窂?。由于信號很強，其?shí)很多時(shí)候并不需要很好的設備就可以接收，需要的是耐心和運氣。除了這兩種反射，FMDX還有可能通過(guò)對流層反射和流星余跡到達你的接收機。
l地波和大氣波導:本來(lái)來(lái)說(shuō)，理論上VHF是不存在地波的。但是無(wú)數的實(shí)踐表明，VHF也存在著(zhù)某種程度的地波傳播。所以我們能穩定地接收200km左右電臺的信號。江蘇和安徽兩省的業(yè)余電臺，每年國慶的時(shí)候都進(jìn)行全省VHF移動(dòng)通訊實(shí)驗，也證明了VHF電波可以在200km左右的距離得到傳播。大氣波導是另外一種可能傳播VHF電波的手段，不過(guò)人們研究得還不夠多。
既然存在著(zhù)這些可能，那么如何知道我收到的信號是以什么方式來(lái)的呢？一般來(lái)說(shuō)，如果收到的信號來(lái)自70km以?xún)鹊碾娕_，基本上可以認為是直接波；如果是200km以?xún)?，而且信號穩定（不一定強），那么大概是地波；如果是800km以?xún)?，信號很強，但是極不穩定，而且偶爾才出現，多半是Es層傳播；如果距離更遠，信號很弱，大概是F層或其他形式的電離層傳播了。
知道這些有什么用呢？用處在于幫助我們選擇對天線(xiàn)的要求。比如，F層的傳播有一個(gè)特點(diǎn)是越距，大約500km以?xún)鹊碾娕_是不可能通過(guò)F層的傳播來(lái)的，這個(gè)距離內的電臺信號只能以Es層來(lái)。就象在杭州想要接收臺灣的FM電臺信號，只能PNP（Plugandpray），等Es層，那么天線(xiàn)就要考慮適合Es層的特點(diǎn)。
還有一個(gè)很重要的因素是極化方式，這是很容易被很多愛(ài)好者忽略的問(wèn)題。電波的極化方式有三種：水平極化、垂直極化和圓極化。不管理論上怎么計算，簡(jiǎn)單的判斷方法，就是看振子的方向，振子是水平放的就是水平極化，垂直的就是垂直極化，圓極化不用在FM廣播，可以不管。極化方式之所以重要，是因為要求發(fā)射方與接收方的極化方式必須一致，才能有好的接收效果。我國廣播的極化方式是水平極化，所以，接收天線(xiàn)也應水平架設。如果極化方式不一致，會(huì )有10dB到20dB的損失?？墒?，經(jīng)過(guò)電離層的反射過(guò)來(lái)的電波，早就被反射得七葷八素、顛三倒四，說(shuō)不定是什么極化方式了。所以，接收DX信號，其實(shí)垂直極化也不錯，附帶的一個(gè)好處，就是可以削弱本地電臺的影響。
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天線(xiàn)的特性全接觸：
l共振:任何天線(xiàn)都諧振在一定的頻率上，我們要接收哪個(gè)頻率的信號，就希望天線(xiàn)諧振在那個(gè)頻率上。天線(xiàn)諧振是對天線(xiàn)最基本的要求，要不然，就沒(méi)那么多講究了，隨便扔根線(xiàn)出去不也是天線(xiàn)嘛。天線(xiàn)的諧振問(wèn)題涉及到的主要數據是波長(cháng)及其四分之一。計算波長(cháng)的公式很簡(jiǎn)單，300/f。其中f的單位是MHz，而得到的結果的單位是米。1/4波長(cháng)是稱(chēng)作基本振子，如偶極天線(xiàn)是一對基本振子，垂直天線(xiàn)是一根基本振子。不過(guò)天線(xiàn)中的振子的長(cháng)度并不正好是1/4波長(cháng)，因為電波在導線(xiàn)中行進(jìn)的速度與在真空中的不同，一般都要短一些，所以有一個(gè)縮短因子。這個(gè)因子取決于材料。
l帶寬:這也是一個(gè)重要但容易被忽略的問(wèn)題。天線(xiàn)是有一定帶寬的，這意味著(zhù)雖然諧振頻率是一個(gè)頻率點(diǎn)，但是在這個(gè)頻率點(diǎn)附近一定范圍內，這付天線(xiàn)的性能都是差不多好的。這個(gè)范圍就是帶寬。我們當然希望一付天線(xiàn)的帶寬能覆蓋一定的范圍，最好是我們所收聽(tīng)的整個(gè)FM廣播波段。要不然換個(gè)臺還要換天線(xiàn)或者調天線(xiàn)也太麻煩了。天線(xiàn)的帶寬和天線(xiàn)的型式、結構、材料都有關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，振子所用管、線(xiàn)越粗，帶寬越寬；天線(xiàn)增益越高，帶寬越窄。
l阻抗:天線(xiàn)可以看做是一個(gè)諧振回路。一個(gè)諧振回路當然有其阻抗。我們對阻抗的要求就是匹配：和天線(xiàn)相連的電路必須有與天線(xiàn)一樣的阻抗。和天線(xiàn)相連的是饋線(xiàn)，饋線(xiàn)的阻抗是確定的，所以我們希望天線(xiàn)的阻抗和饋線(xiàn)一樣。一般生產(chǎn)的饋線(xiàn)，主要是300歐姆、75歐姆和50歐姆三種阻抗，國外過(guò)去還有450歐姆和600歐姆阻抗的饋線(xiàn)?；九紭O天線(xiàn)的阻抗是75歐姆左右，V型偶極天線(xiàn)是50歐姆左右，基本垂直天線(xiàn)阻抗50歐姆。其他天線(xiàn)一般阻抗都不是50或75歐姆，那么在把它們與饋線(xiàn)連接之前，需要有一定的手段來(lái)做阻抗變換。
l平衡:對稱(chēng)的天線(xiàn)是平衡的，如偶極天線(xiàn)、八木天線(xiàn)，而同軸電纜是不平衡的，把這兩者連接起來(lái)，就需要解決平衡不平衡轉換的問(wèn)題。
l增益:天線(xiàn)是無(wú)源器件，但是天線(xiàn)是可以有增益的。這個(gè)增益當然是相對增益，是相對于基本偶極天線(xiàn)而言的。FMDX所用的天線(xiàn)，當然希望增益越高越好。不過(guò)別忘了，增益高往往伴隨著(zhù)帶寬窄。
l方向性:不是所有的天線(xiàn)都有方向性的。便攜式收音機上的拉桿天線(xiàn)就沒(méi)有方向性。偶極天線(xiàn)有弱的方向性，八木等定向天線(xiàn)可以得到較好的方向性。好的方向性意外著(zhù)能夠集中收集所需方向的電波，還有一個(gè)重要的能力就是能部分地減弱本地電臺信號的影響。但是定向天線(xiàn)并不是什么情況下都好。當沒(méi)有目標而等待的時(shí)候，定向天線(xiàn)就有可能使你錯過(guò)天線(xiàn)背面的信號。所以比較合理的方式，是用一個(gè)垂直天線(xiàn)和一付定向天線(xiàn)配合使用，用垂直天線(xiàn)等待，聽(tīng)到信號后，再用定向天線(xiàn)轉過(guò)去對準了聽(tīng)。
仰角:天線(xiàn)的仰角是指電波的仰角，而并不是天線(xiàn)振子本身機械上的仰角。仰角反映了天線(xiàn)接收哪個(gè)高度角來(lái)的電波最強。對于F層傳播，我們希望仰角低，可以傳播地遠，對于Es層，電波主要是從高處來(lái)，我們希望仰角高。仰角的高低取決于天線(xiàn)型式和架設高度。一般來(lái)說(shuō)，垂直天線(xiàn)具有低仰角，其他天線(xiàn)的仰角隨架設高度變化。
l架設高度:天線(xiàn)有一個(gè)架設高度。這個(gè)高度實(shí)際上是兩個(gè)高度，一個(gè)高度我們考慮它的水平面高度，這個(gè)高度對于本地信號有些用，對于DX其實(shí)用處不大。第二個(gè)常常被忽略的高度是地面高度，是指天線(xiàn)到電氣地面的高度。比如架設在鋼筋水泥房頂的天線(xiàn)，雖然房子高有20米，但是天線(xiàn)距房頂只有1米，那么這付天線(xiàn)的高度只是1米。天線(xiàn)的高度對不同的天線(xiàn)有不同的影響，一般會(huì )影響天線(xiàn)的阻抗和仰角。通常我們認為天線(xiàn)的地面高度應在0.4個(gè)波長(cháng)以上，才比較不受地面的影響。
l駐波比:最后介紹這個(gè)最不被中國的愛(ài)好者熟悉的特征。駐波比反映了天饋系統的匹配情況。它是以天線(xiàn)作為發(fā)射天線(xiàn)時(shí)發(fā)射出去和反射回來(lái)的能量的比來(lái)衡量天線(xiàn)性能的。駐波比是由天饋系統的阻抗決定的。天線(xiàn)的阻抗與饋線(xiàn)的阻抗與接收機的阻抗一致，駐波比就小。駐波比高的天饋系統，信號在饋線(xiàn)中的損失很大。
