打蛋器II型LEO天线

打蛋器 II 型 LEO 天线 作者 K5OE Gerald R Brown 翻译 BD4OS 高国强 这里介绍一种高性能的圆极化全向天线 它易于制作 便于调谐 而且便宜 工作于所有的 J 方式低 轨卫星 我通过互联网找到设计图制作了几个传统的打蛋器天线 但我并不满意它们的所有性能 这个设 计是我通过改进原始打蛋器天线性能的一个试验结果 并力求保持它易于制作的特色 背景 打蛋器天线是一个使用圆极化的全向天线 可以最大地扑获来自低轨卫星的微弱信号 它基本上是两 个全波矩形 LOOP 结构 在 M2 Antennas 公司有他的商业版本 在形式多变的家庭制作中采用 90 度的 相位调整 线来提供固定的右旋园极化 RHCP 它也使用一对无源反射振子来调节过顶辐射波束图案 这样作的结果是使它成为一副 有增益的 天线 但这种增益是通过损失低角度接收的性能来达到的 对 于水平方向它属于一副水平线性极化的天线 随着仰角的不断上升 它更多地表现出右旋园极化 RHCP 特性 根据我的 ONAIR 观察 打蛋器天线反射振子引起的波瓣隆起提供了极好的顶部增益性能 随着进一 步的试验 出现了 马铃薯捣碎器 天线 简称 TPM 发表在 1999 年 AMSAT 的一月和二月份刊物 估计这 哥们很喜欢做饭 天线全部使用厨房用具命名 值得我们学习 TPM 通过重新修整环行振子为一个正方形 并且将反射器安装在更靠近驱动振子的位置 从而改进了轴向增益性能 从那时到现在她一直都担当我主 要的 LEO 天线 只是她已经不是一个全向天线了 然而 如何改进打蛋器天线并作为一个全向天线呢 有几点需要特别提出 相对于直接的过顶路径 一个典型 LEO 卫星在 30 度仰角通过大概有 6dB 的自由空间损耗 另外加上 6dB 在地平面损耗 这意味着 一个理想的全向天线从 30 度仰角到 90 度仰角之间应该具备 6dB 的仰角辐射图案 以此来平衡 30 度仰 角以下的地平面产生的 6dB 损耗 从而均衡不同仰角导致的信号强度差异 特别指出从地平面到 30 度仰 角 这是你碰到的的大部分需要 而不是在过顶方向提供垂直高增益性能 我思考这个设计问题 如何简单易制一个好的卫星全向天线 我阅读了 1998 年 AA2TX 在 AMSAT 研讨会上的论文 一个接收 J 方式的全向天线 LEO 卫星 托尼 AA2TX 提出了一个新颖而有效的 设计并提出了一些很有启发意义观点 建议读一下 他的设计原型 可能对于一般的家庭作坊式加工有一 定困难性 设计 如果你用原始的打蛋器作为起点 描述和理解这个改进设计是相当容易的 我们就称呼她为 打蛋器 II 吧 在差异和背离方面 第一点区别是驱动单元不再使用一个圆形的振子 带之的是矩形振子 建模 显示为什么原始的打蛋器天线 SWR 从来没有低于 1 5 1 这是因为带有反射器的圆形振子的阻抗接近于 90 欧姆 太低了 我从一个正方形开始变换试图找出一个跟 100 欧姆相匹配的结构 并且是纯阻抗的 100 欧姆 对两个矩形环路进行合成 异相 合成的溃电点非常接近 50 欧姆而且没有电抗成分 这个天线在 水平方向是水平线性极化而随着仰角的逐渐升高越来越表现出右旋圆极化 RHCP 第二个主要的区别反射振子的位置 他们不在放置在通常的 3 8 波长距离 而是放在溃电单元下面稍 大于 1 2 波长的位置 这种放置有利于将圆顶隆起的波瓣拖向水平方向 代替了原始打蛋器天线设计中将 波瓣推向顶部 自由空间仰角图 NEC4Win 清楚地描述了新设计对原始打蛋器天线的改进 注意两种天线 45 度仰 角的增益几乎都是一样的 但是新设计在 30 度仰角比原始的打蛋器天线高出 6dB 的增益 而在 15 度仰角 高出了大概 10dB 的增益 以上是自由空间的计算图 而实际的地面仰角图也是同样的结果 注 以上两个地面仰角辐射图天线架高为 10 5 米 当然 作为交换 新天线在直接过顶 90 度仰角 有 10dB 的增益 不要担心那是故意设计成这样 的 记住有 6dB 来自卫星路径损耗的减少和 3dB 来自改良的信号环行结构来作为卫星到达高仰角的补偿 多少机会卫星在 75 度仰角以上 不常有 而且在高仰角的逗留时间非常短 简而言之 你以非常小的代 价来换取从 15 度仰角到直接过顶范围内一个几乎不变的信号强度 建造 普通的一英寸直径 PVC 连接头和 6 32 号不锈钢螺钉 矩形环采用 10 号带绝缘层的铜线弯折成形 70 厘米波段的矩形环按照 17 厘米宽 21 厘米高制作 70 厘米波段的反射器按照 33 5 厘米长安装在驱动振子 环下面 33 厘米处 2 米的矩形环按照 51 厘米宽 63 厘米高制作 2 米波段反射器按照 100 5 厘米长并安 装在驱动振子环下面 101 厘米位置 我使用的是 3 16 英寸 大约半厘米直径 的铝棒作为两米的反射器 你也可以选用 1 4 英寸 大概 6 毫米多 的铜管来代替铝棒 如果使用铜管我建议采用黄铜管作为反射器 当然矩形环可能就只能采用紫铜了 给出的这些尺寸是相当精确的 使用十号和十二号线将工作的非常好 只对 70 厘米波段天线 但是 你制作过程中应该让矩形环尺寸稍大一点留有一定余地进行修剪以保证你得到理想的 SWR 值 十号线用 在两米波段有些勉强 因此使用 8 号铝线应该不错 如果工作的不好你可以换一下试试 不像原始的打蛋 器天线 这个新设计提供相当不错的 SWR 1 05 1 70 厘米波段打蛋器 II 型示意图 单位 厘米 2 米波段打蛋器 II 型示意图 单位 厘米 注 上表数据单位 英寸 我提出了一种测量矩形环阻抗的方法 直接并联两组溃电点 不需要连接移相线 直接在两个矩形环 振子上连接 50 欧姆的馈线 这提供了一种巧妙的谐振点测试法 并且能避免移相 延迟线带来的阻抗影响 简单地将 50 欧姆同轴电缆的芯线连接在任意两个相邻的矩形环终端并且将同轴线的外层接在剩下的另外 两个矩形环终端接点 装好反射器 开始测试驻波 如果 SWR 大于 1 5 1 进行下面的调整步骤 如果 SWR 在频率低端好一些 调整矩形环稍微小一点并且重新测试 如果 SWR 在频率高端好一些 调整矩形环稍微大一点并且重新测试 反射器长度是相当敏感的 因此需要实际进行调整 而安装的上下距离要求并不十分精确 通过上下 微调可以让 SWR 更加完美 最后 连接上移相 延迟线 移相线采用 RG 62 93 欧姆 看下面的说明 同轴电缆制作 同轴电缆 跟矩形环连接使用环形接线端子并通过 6 32 号不锈钢加垫 锯齿边弹性垫 螺钉引出 PVC 连接器 下 面的图片是按照右旋圆极化 RHCP 连接的 如果需要 LHCP 或者两者切换可以联系我 70 厘米波段的 移相线是 13 5 厘米长而 2 米波段的移相线采用 41 5 厘米长 裁线的时候要大于计算值 5 厘米以便两边各 有 2 5 厘米用于剥离绝缘层 向后剥离网状屏蔽层和芯线焊上接线环端子 移相线终端可以跟 50 欧姆的馈 线 9913F 或者相当的 公用一个环形接线端子 这样数来只需要四个接线端子环 底视图 性能 这个天线按照 35 度仰角来看 对于一个全向设计的天线来说表现相当不错 在水平方向 5 度以上仰 角 FO 20 的信号就开始活跃起来 在 15 度仰角 信号变得很强并且很清晰 没有加天线放大器并且使 用了 50 英尺 长的馈线 信号一直很强并且到 90 度过顶期间获得大概 3dB 到 6dB 的增益 我相信这得 益于改进的环状辐射图 AO 27 的信号非常难于扑捉加上水平极化在地平线位置有一定的损失 因此使 用天线放大器是必要的 有一次当 AO 27 到达 15 20 度仰角时我得到了很好的信号 相比于我原来的 打蛋器 I 型天线工作在 30 35 度仰角 我没有使用这个天线对 PACSATS 卫星进行过尝试 我在 FO 29 工作在 JD 模式时监听了 她的信号并且发现通过加装天线放大器能抄收到 S3 或者更好的信号 户外日 右边是如何在户外日使用的参考例子 总共需要三根 10 英尺长直径为一英寸的 PVC 管和两个一英寸 的 T 型 PVC 连接器 我制作了这种天线放在我的车库中 他们属于轻量级并且便于运输和携带到 FD 户 外活动 的地方 一手一个 10 英尺的管件单独存放可以在院子里面组装成天线 我使用这种天线工作了很多次 1999 并且在每个 LEO 经过时都能建立 QSO 除了 RS 15 我使用我的 AO 10 天线作为上行 FO 29 相当容易 FO 20 工作的很漂亮只是 435 800 435 860 之间过于拥挤 RS 13 方式 A 表现不俗 但是 AO 27 就太可怜了 我没有在 AO 27 上建立一个 QSO 并且我难于跟她工作 137MHz WX 卫星尺寸 应 EB5HDT Miguel 的请求 我按照比例转换尺寸到 137MHz 矩形环应该使用 8 号线而反射器应该增 加到 1 4 英寸粗 矩形环将采用 54 厘米宽 66 5 厘米高 反射器按照 107 厘米长距离上面的矩形环溃电点 108 厘米的距离 RG 62 电缆为 45 厘米长 每端各加 2 5 厘米长 我收到了很多来自这种天线制作者的 成功报告 RG 62 同轴电缆 这个 93 欧姆的电缆不像 RG 8 或者 9913F 那样常见 因为不易搞到 你也可以尝试使用 75 欧姆的电 缆代替 比如 RG 6 但是你不要期望能得到理想的 SW