共轴全向天线常用玻璃钢管做外壳,俗称玻钢天线。该天线以高增益、高可靠性成为最受欢迎的品种之一。这里介绍一种自制方法,工艺简单,调试难度很低甚至免调试。
共轴全向天线由若干同相辐射的同轴振子构成,即是由一节一节同轴线内外导体交叉相连做成(图1)。同轴线的屏蔽层充当辐射单元,内导体充当移相器,使经过它的信号移相1/2个波长。天线主体的工艺流程概括为:
1. 截取同轴线(50Ω或75Ω)若干;

2. 两端剥开(图2)浸松香、镀锡;

3. 将一段同轴线的内导体焊接到另一段同轴的外导体(图3),依次连接所有同轴线;

4.连接点质量检查,要求无虚焊、无短路;
5.用胶布或热缩管固定连接点,确保不断线,不短路。
前已述及,每段的长度相当于1/2波长。由于信号通过同轴线时波长比真空中短,每段同轴线的长度必须相应缩短。考虑到终端电容和工艺因素,还须再乘上一个修正系数。每段同轴线长度的计算公式为:
L=(c/2f)Kξ (1)
式中L为每段同轴线的长度,c为光速,f为频率,K为速度系数,ξ为修正系数。修正系数通常取0.970~0.990,对于50-7的电缆,推荐选取0.985(430MHz,高塔用)。速度系数的计算公式为:
K=(ε\(_{r}\))-1/2 (2)
其中ε\(_{r}\)是内外导体之间绝缘材料的相对介电常数,必须精确到小数点后三位数,这是难点所在。即使同一种型号的电缆,不同厂家的产品,甚至同一厂家不同时期的产品,ε\(_{r}\)值都有能使制作失败的差异。如何获得尽可能精确的ε\(_{r}\)是成败的关键。购买同轴线时,可以要求厂家提供该批产品的详细技术参数。如果没有ε\(_{r}\),或者没有任何技术资料,可根据公式
ε\(_{r}\)=[Cln(R\(_{2}\)/R\(_{1}\))]/(2πε\(_{0}\)L) (3)
计算。其中R\(_{1}\)、R\(_{2}\)分别为内导体外径和屏蔽层内径,L为测试长度,C为内外导体间电容,ε\(_{0}\)=8.85×10\(_{-}\)12F/m。测量步骤概括为:
(1)取至少10m长的同轴线,首先剥开一段,精确测量R1、R2(R1至少精确到0.02mm,R2精确到0.05mm)。对于没有铝箔的同轴线,R2等于介质外径。为了准确,应在剥开后立即测量,并多次测量取平均值。如果有镀铝塑料膜,还要考虑膜的厚度。
(2)精确测量屏蔽层未剥开部分的长度L(精确到10mm)。
(3)从剥开一端的内导体和屏蔽层上各引出一根短电线,接入电桥,测量内外导体间的电容(精确到5pF)。若没有电桥,可用质量较好的数字万用表。
(4)将上述数据带入公式3,求得ε\(_{r}\)。得到ε\(_{r}\)以后,即可根据公式1、2计算出每段同轴线的长度。
由于焊接需要一定长度,下料时必须适当延长1~2cm。制作时须保证每段的实际长度相当于计算值。在不短路的前提下,连接距离要尽可能小。
馈线与第一段同轴线交叉相连即可。在不作任何匹配处理的情况下,设计频点的电压驻波比通常为1.5~2.0。只要没有制作错误,在设计频率附近不超过5MHz(70cm波段)的地方就能找到驻波最小点,驻波小于1.2。不论用作接收还是发射,无需匹配就有出色的效果。特别需要时,可以用开路同轴线匹配。在馈电点并联一根长约1/2波长的同轴线,然后在驻波表或场强仪的监测下修剪该线。开始时一次剪1cm,驻波减小或场强增大后相应减小步进,直到驻波最小或场强最大。
如果找不到玻璃钢管,天线亦可装在20~32mm粗的硬PVC管中。两端用橡胶塞封住后再用热熔胶密封。较长的天线,下端应留置通气孔以免夏天高温胀出。
10~12单元(430MHz天线约长3.5m)共轴全向天线的增益容易做到7~9dB(相对于全向天线)。单元数再多下去,制作难度会增大。这种天线旁瓣较小,辐射仰角容易控制。同时,天线的带宽较窄,即使用较粗的同轴线做成,也只能照顾业余频段及其附近,给抗干扰带来方便。共轴全向天线并非都由同轴线做成,常见的还有5/8波长天线阵。为了缩小体积,通常2m波段采用5/8波长共线阵,0.7m则采用本文所述的同轴阵。
(文/刘虎)