双环天线

双环天线作为电视台或电视差转机的发射天线已得到广泛应用。双环天线不但是一种良好的发射天线，而且也是一种性能良好的接收天线，尤其适用于电视6～12频道及超高频（UHF）各频道。

图1（a）是一种双环天线的结构图，上下两个开口圆环的周长约为一个波长。中间用双导线连接起来，双导线的中央位置F、F′为双环天线的馈电点。圆环上的电流方向如图中箭头所示，都流向一个方向。因而，电流中垂直极化分量所辐射的电波相互抵消，只有水平极化分量起辐射作用。双环天线的辐射特性在理论上等效于由四个半波振子组成的叠层天线（即天线阵），其中各半波振子的相互位置如图1（b）所示，上面两个等效振子之间的间隔及下面两个等效振子之间的间隔都是0.27λ。电视天线一般要求水平极化，因此应将双环天线垂直放置。

双环天线具有以下特点：

（1）馈电简单。双环天线虽然在理论上相当于由几个半波振子组成的叠层天线，但是它的馈电点都已归结到一个地方，因此馈电较简便。

（2）增益高。双环天线可以采用增加一组反射器或者增加一组引向器的方法来提高增益。也可以采用增加环数的方法（例如增加到四环、六环），来提高增益。

（3）频带宽。大家知道，高增益的引向天线在使用过多的引向器时，通频带就要变窄，这时，天线增益与通频带的矛盾较为突出。而高增益的双环天线系统仍然容易获得足够宽的通频带。

图1所示的双环天线在水平面内有两个最大的接收方向，一前一后呈8字形。所以单独使用效率不高。如果加上一个反射器，这时双环天线就只有一个最大接收方向，如图2所示。双环天线的反射器可用金属板或金属网制作，但消耗金属材料多。我们做了两种轻型结构的反射器，一种是双环反射器，如图3所示；一种是无源振子反射器，如图4所示。它们的反射性能都接近于金属板或金属网，节约了大量金属材料。

用四根无源振子做反射器，为什么也能起到金属板或金属网反射器的作用呢？这是因为双环天线等效于由四根半波振子组成的叠层天线，若在它们的正后方相应的位置上设置四根无源反射振子，就能组成四套二元引向天线。图4画出了双环天线和反射振子的相互位置，其中L\(_{2}\)是反射振子所在平面与双环天线所在平面之间的距离，L3是反射振子的长度。L\(_{2}\)的大小与反射振子的长度L3有关，根据实验结果，当L\(_{3}\)取λ／2时，L2取1.1×λ／4比较合适。

用双环做反射器时，反射双环的半径应比前面的双环天线的半径大3％～5％，反射双环与双环天线之间的距离L\(_{2}\)也可取1.1×λ／4。在安装时，还必须使上面两个环的中心连接线与下面两个环的中心连接线互相平行。

双环天线的上、下两个环是用双导线连接起来的。该双导线的特性阻抗的大小及双导线的长度L\(_{1}\)对天线性能影响很大。为了得到较好的阻抗匹配，要求双导线的特性阻抗保持在一定范围内，而双导线的特性阻抗又决定于双导线的间隔D与导线直径d的比值（见图5）。因此，在制作时，必须选择最佳的D／d值，根据实验结果，D／d=2为最佳值。在制作双导线时，还要尽量使间隔D和直径d保持均匀不变，不要弯曲，也不要有粗大的焊点和接头。这样才能保证双导线特性阻抗的均匀一致。

双导线的长度L\(_{1}\)一般取0.3～0.8λ，在这个范围内，L1值越大，增益也越大，但L\(_{1}\)值也不要取得太大，否则增益增加不多，天线尺寸却变得很大，反而不方便。通常取0.3～0.5λ就可以。当L1超过一个波长时，增益反而会下降。

双环天线一般采用同轴电缆馈电比较方便。例如同轴电缆SYV—75—5—1或SYV—75—5—2都可以用。同轴电缆的抗干扰能力比对称扁馈线好。但是，由于双环天线是平衡式输出，而同轴电缆是不平衡的，所以二者连接时需要有平衡—不平衡转换器。图5是其中一种连接方法，同轴电缆的心线和金属屏蔽网以及λ/4短路线应与双导线馈电点F、F′焊牢，或者用螺丝紧固。λ/4短路线的另外一端应与同轴电缆的金属屏蔽网焊牢。焊接时应该用功率大一些的电烙铁（如100～150瓦），先用砂纸将焊处打磨净，涂上松香酒精焊油（不要用酸性焊油），焊接要快，以免烫坏绝缘体。

图6画出了八频道双环天线的实际尺寸和安装位置。虚线画出了反射振子的位置。双环与反射振子之间的相对高度，按图1（b）来校准。其中所标各尺寸是以导体中心线为准。

双环天线及反射振子的材料采用φ8～φ15毫米的铝管、铜管或棒料。为方便起见，上下两个环及中间的双导线都用同一直径的整根材料。制作时，在环上或双导线上会出现一处或几处对接的地方。如果对接处安排在环上，对接处可以粗大一些；如果对接处安排在双导线上，则不能太粗大，否则会影响双导线的电性能。图7是在双导线中间位置进行对接的两种方法，它适用于不能焊接的铝管和铝棒。图（a）为管料对接的方法；图（b）为棒料对接的方法。伸出的焊片是馈电点。

天线架可用木料制作，但外层要刷漆。紧贴双环的少部分材料最好用胶木板。四根无源反射振子可直接插在木柱上，双环天线用4块小压板固定在支架上。

按以上方法制作的双环天线，经过实测比较，其增益及通频带等指标都不亚于双层五单元天线。

双环天线的特性阻抗接近于75Ω，用75Ω的同轴电缆作馈线时，只需要接平衡—不平衡转换器。但是有的电视机只有300Ω的平衡输入，而没有75Ω的不平衡输入，或者手头只有300Ω的对称扁馈线而没有75Ω的同轴电缆，这时，就要采取1∶4阻抗变换。

用对称扁馈线馈电时，可采用图8所示简单的1∶4阻抗转换器。λ\(_{c}\)是馈线中波长，它是真空中波长的0.84倍，F、F′为双环天线的馈电点。这种转换器只能完成1∶4的阻抗变换，不能作平衡—不平衡的转换。如有NXO—20或NXO—60等高频磁环，可按图9所示的方法，制作阻抗变换器，这种变换器既可进行阻抗变换，又可作平衡—不平衡的转换。图9（a）、（b）是单孔磁环的制作方法和连接方式，磁环尺寸可采用外径、内径、高分别为7×4×3或10×6×5（毫米）。绕制时，先将两段直径为0.22毫米左右的漆包线绞合起来，然后在磁环上各绕3圈，绕完后将8个引出按图9（b）接好，即上端为串联方式，下端为并联方式。如果采用双孔磁心，也可用漆包线仿照上述方法绞合绕制，也可用外径1毫米的塑料绝缘线按图9（c）那样并绕。图9（d）是阻抗变换器与双环天线和对称扁馈线的联接方法。在室外条件下，应将阻抗变换器先装在绝缘板上，然后再装入防雨的小盒内。

为了提高增益和方向性，还可采用四环、六环等双环天线。环数加多后，通频带要受到压缩，必须采取频率补偿措施，图10为电抗补偿的一种方式。（姚珍榕）