实用天线设计与制作（转）整理 2008 - 图文

实用天线设计与制作（转）整理 2008-10-03 09:17 分类：收音机的故事 字号： 大 中 小 | Page

2 | Page 前言·

第一章基础知识?????????????????????????( 1 ) §1.1 无线电波?????????????????????????( 1 ) §1.2 电波传播????????????????????????? (3 ) §1.3 几种基本天线??????????????????????( 5 ) 一、各向同性天线????????????????????????( 6 ) 二、赫兹振子???????????????????????????( 6) 三、接地单极天线????????????????????????( 7 ) 四、半波偶极天线????????????????????????( 7 ) §1.4 天线的基本参数?????????????????????( 8 ) 一、输入阻抗???????????????????????????( 8 ) 二、方向图????????????????????????????( 9 ) 三、有效长度???????????????????????????(10) 四增益??????????????????????????????(10) 1.5 天线的防雷与接地????????????????????（11) 第二章中、短波天线及其附件??????????????????(15) §2.1 长线天线?????????????????????????(15) §2.2 半波偶极天线??????????????????????(17) § 2.3 倒V型天线????????????????????????(19) §2.4 多频道偶极天线?????????????????????(20) §2.5 T型天线??????????????????????????(20) §2.6 地网天线?????????????????????????(21) §2.7 有源天线??????????????????????????(22) 一、电路????????????????????????????(23) 二、制作????????????????????????????(26) 三、使用方法?????????????????????????(28) 四、简单有源天线??????????????????????(29) §2.8有源铁氧体天线??????????????????????（31） 一、电路????????????????????????????(32) 二、制作????????????????????????????(34) 三、使用方法?????????????????????????(36) 四、工作在1.6~4.5兆赫的有源铁氧体天线???????(36)

§2.9 环形天线?????????????????????????(37) 一、简单环形天线??????????????????????(37) 二、有源环形天线及其制作???????????????? (39) 三、差分环形天线及其制作????????????????（41) 四、倾斜环形天线??????????????????????(44)

3 | Page 五、螺旋环形天线??????????????????????（45) 六、工作在短波波段的环形天线????????????(46) 七、工作在长波波段的环形天线????????????(47) §2.10 高频前置滤波器????????????????????(47) 一、电路???????????????????????????(49)

二、制作???????????????????????????(51) 三、使用方法????????????????????????(52) §2.11 可调天线衰减器????????????????????（53） 一、用衰减器增强天线的选择性????????????（54）

二、制作???????????????????????????（57） §2.12 调谐陷波器???????????????????????（58） § 2.13 天线低通滤波器???????????????????（61） §2.14 天线调谐器??????????????????????（64） 一、电路??????????????????????????（65） 二、制作??????????????????????????（67） §2.15 短波通信工程中常用的天线????????????（68） 一、笼形水平半波偶极天线???????????????(69) 二、笼形对称垂直偶极天线???????????????(70) 三、带导电地网的非对称垂直天线???????????(71) 四、水平同相阵列式天线?????????????????(71) 五、菱形天线????????????????????????(72) 六、对数周期天线?????????????????????(74)

第三章电视接收天线?????????????????????????(76) §3.1 架设电视天线应注意的问题?????????????(76) §2.2 室内天线????????????????????????(77) §3.2 线性半偶极天线????????????????????(77) §2.4 折合半波偶极天线??????????????????(79) §2.5 八木天线????????????????????????(80) §3.6 多频道天线???????????????????????(86) 一、扇形天线????????????????????????(86) 二、两个折合振子组成的双频道天线?????????(87) 三、隔离滤波器??????????????????????(88) §3.7 八木天线阵??????????????????????（91) 一、双层五单元八木天线????????????????(92) 二、四层五单元八木天线????????????????(95) 三、双层双列五单元八木天线?????????????(96)

§3.8 环形天线????????????????????????(97) §3.9 有源电视天线????????????????????（98）

4 | Page 第四章移动通信天线???????????????????????（101） §4.1 J型半波天线????????????????????（101） §4.2 地网天线??????????????????????（102） 一、四分之一波长地网天线?????????????（102） 二、八分之五波长地网天线?????????????（104） 三、伞骨地网天线???????????????????（106） §4.3 J型折合半波天线????????????????(106) §4.4 共线天线?????????????????????(111) 一、天线结构??????????????????????(112) 二、馈电和匹配????????????????????(112) 三、二单元共线天线?????????????????(112) §4.5 移动式和便携式天线??????????????(113)

第五章微波天线????????????????????????(116)

§5.1 有效孔径?????????????????????(117) §5.2 喇叭天线?????????????????????(118) §5.3 缝隙天线?????????????????????(119) §5.4 微波透镜?????????????????????(120) 一、介质透镜????????????????????(121) 二、金属板透镜??????????????????(122) §5.5 抛物面反射天线????????????????(123) 一、抛物面反射器的几何光学性质??????(123) 二、辐射方向图??????????????????(124) 三、馈电器?????????????????????(126) 四、结构??????????????????????(127) 第六章馈线和匹配?????????????????????(128) §6.1 传输线?????????????????????(128) 一、传输线的特性阻抗????????????(128) 二、如何确定电缆的特性阻抗????????(130)

§6.2 匹配???????????????????????(132) 一、半波偶极天线的匹配????????????(132) 二、折合半波偶极天线的匹配?????????(135) 三、宽频带匹配器?????????????????(139) 四、馈线与接收机的连接?????????????(141)

附录????????????????????????????????(143) 参考文献??????????????????????????????(144) 5 | Page 基础知识 BG4KLT 重新编辑2007.1 §1.1 无线电波

无线电波是一种电磁波．在真空中，电波以每秒299，792,077米（30万公里）的速度向前传播。在传播过程中的每一瞬间，电磁波中的电场(E)方向与磁场(H)方向相互垂直，一般来说，它们又都与电波传播的方向垂直。电波在自由空间中的结构如图1.1(a)所示。

若发射天线是一副向空间均匀地辐射电波的全向天线，如图1．4所示。那么，电波从这一天线辐射出来之后，便会很快地向四面八方均匀地散布开来。对于一副距发射机很远的接收天线，它所接收到的电波波阵面可以近似地看成一个平面。如果这副天线可以“看见”电场和和磁场的话，在这个平面波阵面上，电场和磁场的相互关系就是图1.1(b)所示的样子。图中实线表示电场E，虚线表示磁场H。E和H的幅度都会按照电波的频率周期性的变化。

如果顺着电场E的方向放置一根导体，那么，由于电场E的作用，导体

6 | Page 中的自由电子就会在导体中按照电波的频率周期性地运动。这样，在导体中就产生了周期性的感应电流．把这个电流设法引入接收机，加以放大，经过检波，解调等一系列措施，人们便可得到发射台发出的声音或图像信号，这就是接收无线电波的基本原理。能够接收周围空间电波能量的装置就叫做天线。刚才所讲的这根导体就是一副天线。如果这根导体的长度选得适当，使电荷从导体一端跑到另一端的过程能够与电场E的周期性变化过程协调起来，我们就说天线与接收频率调到了谐振状态。这时，便会有最佳接收效果。

电场E的方向称为电波的极化方向。如果E与地平面平行，便称之为水平极化；如果E垂直于地平面，则称之为垂直极化。广播台和电视台常用线天线发射无线电波，对这种线天线来说，大体上可以认为电波的极化和线天线的摆设方向相同。例如，若将一个半波偶极天线水平架设，那么，它就发射或接收水平极化波。若将它垂直架设，它就发射或接收垂直极化波。 无线电波的两个重要参数是它的频率和波长。它们之间有如下的关系： 电波速度v(米) = 频率f (赫兹)×波长λ(米)

电波一旦发射出来，除了特殊情况之外，其频率一般是不变化的，其波长与传播介质有关。若传播介质的介电常数为ε，那么，在这种传播介质中，电波的波长和速度分别为 λ介= λ0／√ε v介= c／√ε

式中，λ0，c分别为电波在真空中的波长和速度。

7 | Page 当我们考虑电波在电缆中传播时，必须考虑介电常数的影响。 真空中的介电常数为1.0。表1.1中绐出了几种主要介质的介电常数ε0

我国中波收音机的工作频率大约是在535千赫到1.65兆赫。短波收音机的工作频率大约是1.6兆赫到30兆赫。从l频道到12频道的电视播送频率大约是从50兆赫到220兆赫的甚高频(VHF)波段。从13频道到68频道的电视播送频率大约是从470兆赫到950兆赫的超高频(UHF)波段，我国电视频道见附录。VHF和UHF波段也常用于移动通信。 §1.2 电波传播

不同频率的电波，传播的方式不一样。从垂直发射天线发出的低频垂直极化波，它紧挨着地面传播，称之为地波传播。因为它不断地受到地面的吸收，所以，传播距离很短。在白天，中波收音机主要是接收地波信号。以一定仰角发射的高频无线电波，可以经地球上空电离层的反射，而回到距发射机很远的地面，这种传播方式称为天波传播，如图1.2所示。短波收音机主要是接收天波信号。 8 | Page

VHP波段以及更高频段的电波会穿透电离层，而不能反射回地面，所以接收天线必需能“看”到发射天线，才能收到足够强的信号。这种传播方式称为视线传播，如图1.3所示。

在图1.3中，在C点架设高hl米的发射天线，在B点收看，弧CB即为视线距离。R为地球半径，约为6.37xl06米。发射天线处于A点，OBA构成直角三角形

AB =√(R+h1)2-R2 ≈ √2Rh1 = 3.57√h1 （公里）。

因为A1 ＞＞ AB，可近似认为视线距离CB = AB = 3.57√h1 公里。可见，发射天线架得越高，便可以“看”得越远。 9 | Page 如果接收天线也架高，设其高度为h2米，架在地面上的D点，如图1.3所示。同样可以求得地面距离BD = 3.57√h2 公里。所以，发射天线到接收天线的地面距离CD = 3.57×（√h1 +√h2）公里。

实际上，由于大气的折射作用，电波可以按图1.3中的虚线传播，到达地面E处的接收天线。传播距离约比上面的计算值大15%左右。所以，实际上，视线传播的地面距离为 CE = 4.11×（√h1 +√h2）公里

这也是电视广播的视线传播距离。根据上面的分析可以看出，在视线传播情况下，接收天线架得越高越好。 由于还存在着散射、折射等其它传播方式，所以，有时视线传播的距离可以大大超过上面算出的距离。 §1.3 几种基本天线

天线是一种向周围空间辐射电磁波能量，或者从周围空间接收电磁波能量的装置。各向同性天线、赫兹振子，接地垂直单极天线以及半波偶极天线是几种最基本的天线。下面简略介绍这几种线。 一、各向同性天线

各向同性天线是一种均匀地向各个方向辐射能量的天线，又称全向天线。自由空间中的点源，就可看作这样的天线，如图1.4所示。在过源点的任何一个平面内，它的方向图都是一个圆。这种天线实际上并不存在，研究这种天线的意义在于，一般都以它作为参考，来研究其他天线的增益。例如，相对于各向同性天线来说，半波偶极天线的功率增益系数为1.64增益G = 2.15分贝。 10 | Page

二、赫兹振子

赫兹振子有时又称为赫兹偶极子。它的长度不大于十分之一波长。所以，它上面的电流可以看成是均匀分布的。它的示意图，水平面内和垂直面内的方向图示于图1.5。相对于各向同性天线来说，它的功率增益系数为1.5，或者说，它的增益为G = 1.76分贝。

三、接地单极天线

最简单的垂直天线是低端接地的单极垂直振子。完全导电地面的影响可以用单极天线的镜像来考虑。常用的单极垂直振子的长度一般大于八分之一波长。几种典型的接地垂直单极天线及其在垂直面内的方向图示于图 11 | Page 1.6。

四、半波偶极天线

无论在实用中或是在理论研究中，半波偶极天线都是一种重要的天线。它的基本结构及方向图示于图1.7。

§1.4 天线的基本参数

天线的基本参数包括输入阻抗，方向图、有效高度和增益。现以电视广播频段常用的半波偶极天线为例来说明这些参数，如图1.7所示。 一、输入阻抗

图1.7所示的半波振子是由沿一条直线配置的两段相同导体组成。半波振子的总长度大约等于半个波长。两段导体的内端点是天线的馈电点。这两点之间的阻抗称为天线的输入阻抗。 12 | Page

一般来说，天线输入阻抗分为有功和无功两部分。无功部分可能呈电感性或电容性。假如天线调到谐振，那么它的输入阻抗的无功部分就等于零。例如，调到谐振的直线半波偶极天线的输入阻抗只有有功部分，即为纯电阻，约为73.1欧姆。当工作频率稍偏离谐振频率时，输入阻抗的有功分量变化很小，但出现无功分量。当工作频率较谐振频率低时，无功分量呈电容性；较高时，呈电感性。

馈线接入天线的馈电点。馈线阻抗应与天线阻抗匹配，否则，就会增大电压驻波比，引起功率损耗。 频率变化时，天线的输入阻抗变化越小，天线通带就越宽。 二、方向图

接收天线的方向图表示电磁场在天线中所感应的电动势与信号传来的方向之间的关系。

在极坐标系统中，当将最大电动势取为1的时候，表示感应电动势与信号传来方向的关系的图形称为方向图。图1.7(b)示出了半波振子在通过振子轴线的任何平面内的方向图。在这个图中，振子轴线沿垂直方向。当电

13 | Page 波从垂直于振子方向到来时，在振子的接线端感应出最大电动势，图中取这个最大电动势值为l。当电波传来的方向与振子轴线重合时，感应电动势为零。假如来波方向在轴截面内与振子轴线成45°角，这时在天线接线端上感应的电动势是最大电动势的0.62。图1.7(c)给出了半波振子在与振子垂直的平面内的方向图，这个方向图是一个圆。

天线的方向图取决于天线的结构，例如，多元天线的方向图要比半波振子的方向图窄。窄方向图天线能够更集中地接收电台方向传来的信号，而减弱其它方向上传来的信号。因此，窄波束天线有较强的抗干扰作用。

方向图的宽度通常用角度来表明。在这个角度范围内，电磁场在天线中感应出的电动势不小于最高电平的0.7。

对于高增益定向天线，除了主瓣之外，一般还有后瓣和旁瓣，统称为副瓣，一般来说，我们总是希望副瓣越小越好。高增益定向天线主瓣方向图的典型例子见图1.8。在中、短波波段，天线的辐射仰角主要取决于天线的架设高度。

三、有效长度

有效面积是天线的重要参数之一。对于象半波振子这样的线天线来说，

14 | Page 一般称有效长度。如果将天线的有效长度乘以天线所在位置的接收信号场强，那么就可得到当信号从最强接收方向传来时，在天线接线端所产生的电动势的数值。通常用米作有效长度的度量单位，有效长度取决于天线的几何尺寸和工作波长。 对半波振子来说，有效长度he = λ/π 式中，λ为波长(米)。 四、增益

天线的电压增益系数表明：天线在匹配负载上所产生的感应应电压超过用全向天线接收同一信号时，在匹配的负载上所产生的电压的倍数。功率增益系数则是功率的提高倍数。

例如，半波振子天线与全向天线相比，电压增益系数为1.28，功率增益系数为1.282 = 1. 64。这是指，当信号是从垂直于半波振子的方向传来时，天线接收点之间的感应电动势要比用全向天线接收时，高出1.28倍，功率要高1.64倍。 天线的增益G = l0lg(功率增益系数)dB 当用电压增益系数表示时，天线的增益 G = 20lg(电压增益系数)dB

所以，用这两种方法表示，天线的增益都是一样的。我们常用分贝表示一副天线的增益，半波振子天线的增益为2.15分贝。 有时，当我们说一副天线的增益为若干分贝时，不是与全向天线比较，而是与半波偶极天线比较。查阅天线参数时，要注意这一点。例如，一副半波偶极天线，若与全向天线比较，它的增益为2.15分贝，若与它自

15 | Page 己比较，则它的增益为0分贝。一副三元八木天线相对于全向天线的增益约为7.7分贝，而相对于半波偶极天线则为5.56分贝。

在这本书中，我们一般是指相对于全向天线的增益。归纳来说，半波偶极天线的输入阻抗约为73欧姆，增益约为2.15分贝。 §1.5 天线的防雷与接地

我们知道，打雷是自然界的一种放电现象。有时，雷电会以雷霆万钧之力击毙人畜，击毁工程设施。所以我们应对雷电有足够的了解，充分认识天线防雷的重要性。

带电的雷云好象是电容器的一个极板，附近的云团就会成为另一个极板，由于静电感应之故而在靠近的一边带有相反的电荷，两云团之间便会形成一定的电势差，在风力的作用下，两个云团越来越接近，接近到一定程度便发生击穿放电，这就形成了闪电。 如果雷云靠近地面，由于静电感应之故，附近地面便成为雷电电容器的另一个极板而带有异种电荷。如果这种电荷不能及时泄放，就会越积越多，当雷云压顶的时候，便会首先在电荷容易集中的地物地貌处发生击穿放电而形成落地雷。

雷击释放的能量相差极大。雷电的平均瞬间放电电流大约是20千安培，高的可达300千安培。瞬时功率可以高达数千兆瓦。雷电的持续时间由数秒到数十微秒不等。由这些粗略数字可以想见雷电瞬间一击的威力。

由于落地雷总是在地面电荷容易积聚的地方形成，加上人们多年调查和观测所得到的经验，一般来说，下面一些地形是容易遭受雷击的地方：

丘陵中的局部坡顶，山区中的山脊地带; 1 | Page

2 | Page 半岛形的山岭及起伏陡峭的地形边缘;

平原地带的河床，河滩溪岸，临江山坡，山顶，平原地区的高地; 地下水出口和地下水沟道经过的突出地; 地下有导电性矿脉或含矿岩石的山岭，高地; 孤树、森林边缘;

地质上的断层地带，岩石分界地带; 居民区的高墙，陈旧建筑物。

雷电的破坏作用是通过雷电的热效应、机械效应，静电感应、电磁感应、行波及干扰效应产生的。 雷电通过地面物体放电，很大的电流通过放电物体，使物体溶化，烧焦，从而构成破坏。

雷击木杆，木杆纤维带电，彼此间产生斥力,同时,木杆内的水分受高热急剧蒸化，体积突然膨胀，使木杆、大树劈裂，这便是雷击的机械效应。

雷击时，瞬时放电电流峰值高，变化快，从形成强大而又快变的电磁波，造成对通信的干扰，也可能在环形金属体断口处感应出很高的电磁感应电压。

雷电还可在线路上引起向两边传播的行波，干扰通信设备。了解了雷电的形成和雷击的效应，便可以采取各种措施防雷。 我们从上面看到，地面电荷必须积聚到一定的值，才会发生雷击。如果我们设法把地面感应电荷逐渐释放出去，或者说，在雷击发生之前，逐步将雷击电流引入大地，那就可以避免雷击。我们知道，导体上的电荷总是趋向于积聚在曲率半径小的地方，所以，导体上的尖缘部分总是积聚电

3 | Page 荷最多的地方，因而这些位置容易放电，这就是我们知道的尖端容易放电

的原理。地面上有尖顶的塔或任何类似的具有尖顶的物体都能起到这个作用。地面上的电荷通过这些高而尖的导电体把电荷逐渐释放出去，便可防止雷击。各种建筑物上的避雷针，也是利用这一原理起到避雷作用的。

如果我们架设天线的地方不能得到早巳存在的避雷设备的保护，我们就必须自己加装避雷针。加装避雷针时，要特别注意线路导电性能良好，因为弄得不好反而容易引雷。

根据雷电的形成，对不同的天线可以制作各种其他的防雷装置，但对于业余无线电爱好者来说，加装一个好的避雷针一般就可以了。为了确保安全，在雷雨时最好不要使用架设较高的室外天线，可以把馈线从接收机上拔出，拉到窗外并与地线相连。

天线的接地对于防雷，对于天线的工作性能都有很重要的作用。首先要埋好接地棒，用接触面积较大的铜板、铜棒埋入地下，筑紧。如果土地干燥，可用盐水浇地，改良土地的导电性能，保证土地和接地棒接触良好。接地棒埋地前，要焊出一根粗铜线，以便和地面应接地的天线和设备的地端相连。特别要注意焊接处的清洁，因为此处最容易锈坏。地面上的连线要尽量短，要牢牢焊好。一般来说，不要用水管等导电不良的物体作地线。 第二章中、短波天线及其附件

本章首先介绍几种简易接收天线，然后，介绍改善天线性能的几种电路。在2.15节中，介绍短波通信工程中几种常用天线的主要参数。 § 2.1 长线天线

长线天线也许是最简单的短波远距离接收天线。在大多数情况下，这

4 | Page 种天线很容易制作，也许，这就是多年来长线天线被广泛应用的主要原因。

理论上，长线天线应当是一根长度至少为数个波长的直导线。实际上，用作天线的任意一段导线，即使它远非一根直线，都可把它叫做长线天线。但是，在高频段，其总长度小于两个波长时，也许不能用长线天线这个名词。在短波的低频段，因为波长大约为30米到200米，按照长线天线的最低要求，天线长度应为60至400米，所以，在这个波段，名符其实的长线天线是不现实的。 现代接收机一般都有很高的救灵度。实际上，长度大约为10米至40米的长线天线就能得到很好的效果。在平时，很短的一段天线，例如长度为5米，把它绕在室内墙壁四周，或装在屋顶上，对大多数电台，都可获得良好的接收效果。在低频段，天线的长度仅为波长的若干分之一，天线效率低，所以，工作性能会明显变差。因此，如果你想用长线天线接收，最好是尽可能使用最长的导线作天线。

象其它天线一样，长线天线应架设得尽可能高一些，不被建筑物遮挡，对接收是大有好处的。

架设长线天线时，有几点需要注意，如图2.1所示。

关键的一点是要选用合适的导线。可以选用聚氯乙烯或者较厚外皮的 5 | Page 一股或多股导线。

天线必须与大地或建筑物等其他接地物体绝缘，否则，部分信号将会因通地而漏失。所以在天线主体部分的两端要接绝缘子。两头的挂绳要用聚丙烯多股绳。在天线杆的顶端要安装一个滑轮，将挂绳绕过滑轮，然后绑在电线杆的较低部位。这样，就可使天线有一定的张力。但不能拉得太紧，否则容易被拉断，或者，刮大风时会被吹断。解决这个问题的办法是在挂绳上挂一个重物，使天线保持所需要的张力，而不是把挂绳绑在支撑杆上。或者，在挂绳中接入一个弹簧。当支撑杆在风中稍有晃动时，这两种方法都可使天线保持一定的张力。但是，实际上，这两种办法并不一定总是有效，天线仍有可能被拉断。因为挂绳也许会绞在滑轮上，或者，在冷天，挂绳和滑轮可能会冻在一起，这都可能使天线容易拉断。在实际应用中，最简单的解决办法就是把天线放松一点。 天线单元垂直架设，天线就是垂直极化，水平架设，就是水平极化。如果天线单元的方向是介于垂直和水平位置之间，天线就是倾斜极化。在接收远距离信号时，接收信号的极化方向可以和发射信号不一样，既有垂直极化又有水平极化，传播条件可能会影响信号的极化方向。为了得到最佳效果，接收天线的极化方向应与接收信号的极化方向相同。当接收垂直极化的信号时，长线天线上那一段垂直引入线是很有用的，见图2.1。

虽然长线天线的方向性会随频率的不同而有所变化。但是，它有一段至少是部分垂直的引入线，这会减弱天线的方向性，田此，通常认为长线天线是一种全向天线。 §2.2半波偶极天线

6 | Page 与简单的长线天线相比，半波偶极天线的优点是输出信号比较强，方向性要好，信噪比高．虽然它仍是一种简单的天线，但架设要稍微困难一点，这是它的不足之处。并且，只有在一个限定的频段内，才有较好的效果。实际上，这意味着，半波偶极天线必须针对某一个业余波段或某一个广播波段进行设计。图2.2给出了短波波段半波偶极天线的基本结构。 从图2.2中可以看出，这种天线由两根等长的导线构成，中间用75欧姆同轴电缆向接收机馈送信号。

实际上，不能够像图2.2那样，简单地把天线的两个偶极元接到馈线上去，因为馈线上承受的张力很大，会把馈线撕开。图2.3出了一种比较满意的连接方法。当然，只要两偶极元不靠在一起，又能使馈线上的张力不致太大，其他的连接方法也是可以采用的。 实际上，由于计多因素会影响天线的有效长度，所以，天线的实际长度并不正好是半个波长(天线的电气长度比物理长度略大一些)。 如果根据所用频率来计算天线长度，只要用频率的兆赫数去除143，便得到以米为单位的天线长度。所得结果为天线的总长度，每个偶极元的长度仅是计算值的一半。

当然，天线不会只工作在一个频率上，而必须工作在一个波段上。这时，只要针对波段的中心频率设计天线就可以保证在整个波段上获得很好的接收效果，这是因为业余波段和广播波段都比较窄。 7 | Page

§2.3倒V型天线

这种天线实际上是半波偶极天线的变型。图2.4给出了这种天线的结构，看看图2.4，就会清楚“倒V型”这个名字的来历。 倒V型天线的结构与半波偶极天线相似，它只要一根杆子作为中心支撑杆。初看起来，它所需要的空间比半波偶极天线要小。倒V型天线的两个偶极元要比半波偶极天线的稍长一点。为了使偶极元有足够的离地高度，要么必需有一根较高的天线支撑杆(对低频波段尤其如此)，要么应使两偶极元之间的夹角很大，这就要有很长的挂绳。在有现成天线杆可用，或者天线杆容易现场制作的情况下，最适于采用倒V型天线。例如，通常将这种 8 | Page 天线架在屋顶上，但必须离房顶面足够高。

用频率兆赫数去除148，得到以米为单位的天线总长度。将总长度除以2便得到每个单元的长度。 §2.4 多频道偶极天线

多频道偶极天线的结构如图2.5所示。图中所示的例子，就是三个偶极天线共用一根75欧姆馈线的天线。单元长度的计算方法与单个偶极天线的算法相同。目前比较流行的多频道偶极天线是工作在10米，20米和40米波段的天线。在15米波段上，40米波段的天线也能得到很好的效果，并且，不会占去很大的地方。若用作接收天线，可在11米到49米的所有广播波段 上获得良好的接收效果。 9 | Page

这是一种很简单的天线，可在设计波段上获得很好的效果。如果用一个天线调谐器使天线和接收机之间的阻抗匹配，在其它波段，特别是较高波段，也能给出满意的结果。天线主体部分的方向特性与半波偶极天线相似，但在天线所指方向上，检测性能较差。最大增益及最佳检测方向垂直于天线的指向。

图2.6给出了这种天线的基本结构。可用计算半波偶极天线总长度的方法，算出该天线主体部分的长度。与偶极天线不同的是，这种天线的馈线就是一段制作天线的导线，而且，天线的两部分之间无须断开。馈线是接在天线长度的八分之三处，而不是象偶极天线那样接在中点。

10 | Page §2.6 地网天线

地网天线是一种全向型天线。在高频波段，这种天线适用于接收远距离低仰角天波信号。

图2.7给出了地网天线的基本结构。在木杆顶端固定一个垂直天线元，它的长度为四分之一波长。长度的计算与偶极天线一个单元的算法相同。

用50欧姆同轴电缆作馈线，电缆的芯线接到这个垂直天线元上。电缆外皮接到四个辐射状天线元上。这四个天线元与地平面约成45°角，分置四个方向，它们也可起到天线杆拉线的作用。它们的长度要比垂直元稍长一点，应与倒V型天线元的长度一样。

§2.7 有源天线

前面介绍的几种天线，虽然它们的形状结构各不相同，但有一个共同的特点，就是这些天线仅仅由金属导体构成，并没有外接能源，因此，称为无源天线。

凡采用有源放大装置的天线都可叫做有源天线。有源天线是无源天线和有源网络的组合。其中，无源天线可以是垂直鞭天线，水平对称振子，V

11 | Page 型天线，螺旋天线或环形天线等等。由于工作频率的不同，从短波段到微波段，构成有源网络的有源器件，可以是各种

类型的混频三极管、变容三极管、隧道二极管以及各种规模的集成电路。

有源天线的特点是体积小，重量轻，架设方便。目前，有源天线巳广泛应用于定点通信，移动通信等各种通信工程。下面简单介绍几种用于中、短波段的简单有源天线的组成，制作及使用方法。 最简单的有源天线是后面带有宽带放大器的一根短导线。

放大器对短天线输出信号起补偿作用。最通用的宽带有源天线是有源偶极天线。

偶极型宽带有源天线由两个各长一或二米的偶极元组成，偶极元的长度大约是通常短波偶极天线的十分之一。天线的输出信号馈送到一个平衡差分放大器，放大器的不平衡输出通过一根普通的同轴电缆送入接收机。然后，通过放大器进行增益补偿。因为放大器输入阻抗很高，作为高输出阻抗天线元的负载，放大器虽会使信号电平稍有降低，但阻抗能够很好匹配。

事实上，要说放大器总是能够对低电平输出信号进行补偿，那也是不太确切的，因为在低频段，有源天线的尺寸与真正偶极天线的尺寸之差是很大的，以致放大器无法补偿两种情况下的信号差。但是，这个问题并不太重要，因为在低频段，天线输出信号仍然很强，用一个灵敏度适当的接收机，就能获得满意的拌接收效果。对接收来说，低频偶极天线的输出信号通常要比理论值大得多。当然，有源天线不会用来作发射天线。

有源天线的优点是尺寸小，通常可以架在室内。另一个优点是，它有

12 | Page 可与常规偶极天线相比拟的方向性，它的尺寸小，改变天线指向就比较容易。在场地有限的情况下，选用有源天线肯定是明智的。 一、电路

有源天线的电路示于图2.8。该电路实际上是由三个射极跟随器组成。

前两个射极跟随器由Tr1和Tr2构成，他们的输入分别来自两个偶极天线元，其输出加到宽带变压器T1输入绕组上。两个天线元产生的反相电压由这两个射极跟随器加到变压器上。跟随器的作用是将天线元的高阻输出与变压器的低阻输入匹配起来，Tr2并不从它的发射极直接向T1初级馈电，而代之以负载电阻R5和R6，并从两电阻的连接处向T1馈电。这样，在Tr2 发射极和T1 之间便有一定的衰减。同样，Tr1 通过R3，R4和VR1组成衰减器，向T1的另一边馈电，C1为隔直流电容。VR1可以用来改变Tr1和T1之间的衰减量。实际上，可以用VR1精确调节电路平衡，使得两个偶极元所共有的同相信号，都可通过简单的相位调整过程而抵消。这一过程可使天线方向性达到最佳化，也可消除因某种电噪声的输入而带来的不利影响。

T1使电压略有升高，C2将这个输出电压耦合到第三射极跟随器的输入端。C3是整个电路的输出隔直流电容，C4是电源去耦电容。该电路的电流损耗约为10mA。 13 | Page

图2.8所示有源天线的元件表： 电阻，1／3瓦，5％ R1 270KΩ R2 330KΩ R3 56Ω R4 330Ω R5 560Ω R6 1.2KΩ R7 270kΩ R8 330KΩ

R9 270kΩ R10 330KΩ R11 2.2kΩ

VR1 4.7kΩ线性、碳膜电位器 电容

C1 3.3nF陶瓷电容 C2 15nF陶瓷电容 C3 3.3nF陶瓷电容 C4 100nF聚脂电容 晶体管

14 | Page Tr1 BC650 Tr2 BC650 Tr3 BC650 原材料

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自制印刷电路板 铁氧体圆环 24号包皮铜导线 做偶极元的导线 同轴电缆插座(SK1)

电池及电池盒、控制旋钮、导线、焊料等。 二、制作

全部元件安装在一块自制印刷板上。图2.9为元件安装及布线图。除了宽带变压器T1之外，全部制作完全可以照图安装。 15 | Page

用一只直径为12.7毫米的铁氧体圆环作基础，便可自制出变压器T1。用这种尺寸的铁氧体圆环来绕制宽带变压器是很合适的，这种变压器要求并不十分严格。初级绕阻用24号标准漆包铜线密绕9匝，次级绕组用同样的导线密绕22匝。图2.10给出了该变压器的结构图。因为24号线很结实，绕线尽可能绕紧，直接用绕组导线固定，便足够牢固。尽管如此，仍建议用一些环氧树脂把变压器粘牢，以保证绕组紧贴环体。用环氧树脂把变压 16 | Page 器粘到电路板上也是一种可取的办法。

放大器组合结构可采用多种形式，最简单的形式是把电路板固定在一个小盒子里，盒子两头各开一个小孔。两个偶极元分别从两头的小孔中插入，而后，接到电路板上。两偶极单元的长度应完全一样，长度在一至二米之间。20号导线可用作天线的偶极元。使用时，将两偶极元的外端点支撑起来，盒子处于中间位置。用一根尽量短的同轴电缆将输出端接到接收机。

也可用金属棒或金属管作天线偶极元。管壁不要太厚，强度足够便可。偶极元要牢固地安装在盒子上。如果是金属盒，还要确保偶极元相互之间以及它们与盒子之间的良好绝缘。

另一个办法是用夹板将普通导线作成的偶极天线元固定，将夹板装在一个盒于上，形成一个牢固的整体。采用这个办法，可以把作天线用的线绕在夹板上，以便使每个偶极元的长度比支撑夹板稍微长一点。也可在夹板上试装折叠偶极天线元。如果希望改进工作性能，通常宁愿试装折叠偶极天线，而不必去增大放大器的增益。原因很简单，放大器不可避免要产

生噪声，增大放大器的增益就会相应地增大噪声电平。而提高偶极天线元的接收效果，可增强信号强度，这显然更有价值。 无论何种制作方法，都要使两个偶极天线元的长度相等，并尽可能对称。

如果天线架在房顶，电池和开关可以远离放大器而装在接收机附近。这样，就要与同轴电缆—起，另引一根导线将电源正端引至放大器。 1 | Page

2 | Page 三、使用方法

调整平衡控制旋钮VR1时，首先必须把该电路调谐到一个信号强的频道，最好是中波段的频道。暂时将两偶极元短路到一起。这样，在放大器的两个输入端输入的是完全相同的信号。将VR1调在最大电阻值上，输出信号应当很强，随着VR1阻值调小，输出信号强度会很快下降，然后，又开始上升。仔细调节VR1使输出信号尽可能低。如果反复调节VR1仍不能使输出信 号出现清晰的深零点，这就意味着该电路不起作用，应当彻底检查电路。电路调好之后，去掉刚才接入的短路线。 如果该电路的输出信号仍有某种不稳定，那就要调整T1次级绕组。

为了利用天线的方向性，天线应水平架设。可使其零点指向某个干扰辐射源。为了获得最佳抗干扰效果，也许要把天线摆斜一些，特别是当要把天线的零点指向本地干扰源时，往往必须把天线架斜。像普通偶极天线一样，这种天线对地波和低角天波可以获得较好的方向性。如果天线元垂直架设，则可成为全向性天线，对地波和低角天波都可获得良好的接收效果。 为了得到最佳接收效果，天线应避开高大物体的遮挡。值得注意的是，

3 | Page 天线输出信号很强，对许多接收机来说，强输出信号有时可使前级电路过载，从而引起严重的交叉调制。所以，正如使用正常天线一样，要小心地调节接收机的射频增益控制旋钮，必要时，使输入信号保持在交叉调制不致影响接收机工作性能的较低电平上。

这种天线在整个短波，中波及长波波段，都会工作的很好，但不宜用在频率更高的波段。 四、简单有源天线

如果用—段短导线、金属棒或者拉杆天线，来给有源天线系统提供输入信号，那么放大电路就可非常简单。事实上，唯一的要求就是装一个输入阻抗很高的缓冲器，以便尽量减轻天线的负载。因为在大多数频率上，天线输入阻抗都很高，而大多数接收机输入阻抗很低，如果从天线直接向接收机馈电，负载太重，天线的输出电压就会降低很多。因此，虽然缓冲器不会有任何电压增益，事实上，甚至还会有一定的电压损耗，但通过大大减轻负载，会使馈向接收机的电平增高。在短波的低频段，短天线效率低，使用简单有源天线，信号电压的增大最为明显。

简单有源天线的电路图示于图2.11。该电路就是一级简单的射级跟随缓冲器，长度为1或2米的棒天线、短导线或拉杆天线都可直接向它馈电。天线过长并不理想，因为它容易使跟随器过载，从而在输出端产生虚假信号。如果有源天线是用来配接高灵敏度的短波接收机，这一点就尤其重要，因为这种接收机的过载问题特别值得注意。用一节9伏电池，这个电路就可以工作得很好，电流消耗约为4.5毫安。若用两节串联成18伏的电源，则更能避免过载，这时的电流消耗为9毫安。 4 | Page

这个电路可装在一块印刷电路板上，印刷板上元件安装和布线图见图2.12。

虽然天线很短，但该电路可提供很强的输出信号。按收机的射频增益控制，只要刚好调得有必不可少的信号即可，以免接收机过载。 图2.11简单有源天线的元件表： 电阻，1／3瓦，5％ R1 390kΩ R2 680KΩ R3 1 kΩ

电容C1 10nF 聚脂电容器（C280） 晶体管Tr1 BC650

开关S1 SPST微型乒乓开关 原材料 盒子

自制印刷电路板 电池及电池盒 自制天线的导线

5 | Page 同轴电缆插座(SK1) 连接线、导线、焊料等

§2.8有源铁氧体天线

长线天线可以用于接收中波远距离信号，但目前有性能更好的天线可用于这一目的。主要天线有两种：铁氧体天线和环形天线。我们首先介绍铁氧体天线。

普通便携式收音机中的铁氧体天线就是一种简单的中波远距离接收天线。这种天线的次级绕组阻抗较低，可实现天线的输出阻抗与接收机的天线输入插孔之间的耦合。除天线本身之外，还要打一个调谐电容器，该电容器跨接在天线变压器的主绕阻的两端。调谐这个电容器，可使天线谐振在接收信号频率上，以便增高天线的效率。这是铁氧体天线优于长线天线之处。另一个主要优点是铁氧体天线的方向性强，只要调整天线方向，就可使零点对准干扰信号。第三个优点是体积小，易于安装，其最大缺点是，由于铁氧体天线的输出信号很低，即使是用灵敏度高的接收机，也不能得到很好的接收效果。现在只要在天线和接收机之间用一个前置放大器，这 6 | Page

个问题就可解决，前置放大2器可在低噪声情况下获得强信号。 一、电路

图2.13给出了简单有源铁氧体天线的电路图。该电路包括两级前前置放大器，可用于中波波段。

调谐电路由铁氧体天线的主绕组L1和调谐电容VC1组成。在L1上不用耦合绕组，调谐电路的输出直接耦台到一个有源的跟随缓冲器的输入端，该缓冲器由结型场效应晶体管Tr1组成。

虽然Tr1的电压增益还不到l，但是，因为缓冲器避免了L1使用低阻耦合时必然导致的电压损耗，所以，这种结构有效地获得了电压增益。

因为直流巳可通过L1的主绕组通地，所以R1不是用来为Tr1提供偏压，而是向调谐回路提供适当的“阻尼”以避免出现不稳定性。R2 是Tr1的负载电阻，Cl把Tr1的输出耦合到放大器的第二级。

由Tr2构成的第二级放大器是共发射极电路。Tr1的输出信号仅需适当的升压，使信号足以驱动接收机就行了，所以，用射极电阻R5构成对Tr1的负反馈。这样，Tr2的电压增益仅为5倍。R4是Tr2的集电极负载电阻，R3是基

7 | Page 极偏压电阻。R4的数值相当小，因为天线的输出是加在一个低阻抗负载上，所以该电路要求输出阻抗也较低，以免由于输出负载不当而使输出信

号大幅度降低。C2是输出耦合电容，C3是电源去耦电容。 电路的电流损耗较大，大约为10毫安，建议用大号9伏电池供电。 图2.13所示有源铁氧体天线的元件表： 电阻，1／3瓦，5％ R1 100KΩ R2 1KΩ R3 330KΩ R4 470Ω R5 100Ω 电容

C1 10nF聚脂电容 C2 10nF聚脂电容 C3 100nF聚脂电容 VC1 365pF空气介质电容 晶体管 Tr1 2N3819 Tr2 BC650 原材料

开关S1 SPST微型乒乓开关 盒子

自制印刷电路板

铁氧体圆环

8 | Page 24号包皮铜导线 做偶极元的导线 同轴电缆插座(SK1)

电池及电池盒、控制旋钮、导线、焊料等。

9 | Page 二、制作

大多数元件都可安装在一块自制的印刷电路板上，图2.14为元件安装和布线图。若铁氧体天线放在盒内，盒子应当用非金属材料制作，因为金属材料会对天线起屏蔽作用，使天线收不到信号。天线可以装在盒子上任何一个地方，用一个10毫米P型电缆支架支撑。或者，如果可能的话，最好使用铁氧体棒的专用支架。L1可用普通导线绕制而成，因安装线巳用焊

料镀过锡，直接把它接到电路上应当不成问题。该电路的输出信号通过一根双芯电缆送到接收机，最好是用同轴电缆，使连线上不会产生明显的感应信号，这样，天线方向图上便能有一个零点。必要时，可旋转天线以便利用这个零点。当然，连线上稍有信号感应进来，也不致严重影响天线的工作性能，所以一根普通的双芯电缆也能获得很好的效果。无论用什么电缆，其最大长度不要超过1米。

当把天线装在盒子里面时，若要调整天线方向，就必须旋转整个电路。为了克服这个缺点，可用一个可旋转支架把铁氧体天线安装在盒子顶上，要做到这一点并不困难。

做到这一点的简单办法是在盒子顶上安装一个标准插座，把该插座连到电路板的两个点上，或者连到L1上。然后，把天线装在一个配套的插塞上。并把天线也连到插塞的接线片上，将插塞插入标准座，使之能够旋转，便做成了一个旋转支架。若插塞有塑料外皮，则可用环氧树脂之类的填充胶料，将天线粘在插塞上。通过塑料盒盖上的两个小孔，将L1的两根线引

出，连到插塞的两个接线片上。然后，修剪导线头，使裸露导线部分只剩一两毫米，这样，在把插塞的外套管拧上时，就不会出观短路。最好把两

10 | Page 个引出线拧绞在一起。

采用上面的安装方法，就可用金属盒装印刷电路板，对电路起到屏蔽作用，使之免受杂散信号的干扰。但是，在把插座接到元件板上时，要注意把金属盒和电源负极接在一起，而不要和Tr1的栅极接在一起。

三、使用方法

使用时，调节Vc1使信号达到最大值。旋转天线或整个电路，按照需要，使天线方向图的主瓣对准要接收的信号，或使零点对准干扰信号。Vc1的覆盖范围要比整个中波段稍大一点，L1在铁氧体棒上的位置不十分严格，但若把L1完全套在棒的当中或只有一部分套在棒上，也许不能覆盖整个中波段。建议将L1绕在棒上的适当位置，使之不致滑出去。

有时，天线方向图的零点偶然正好转向信号台的方向，以致收不到信号，这时旋转天线棒，使其指向与信号台方向垂直即可。 四、工作在1.6～4.5兆赫的有源铁氧体天线

在频率不高于5兆赫时，用前面介绍过的有源铁氧体天线可以获得较好的效果。

只要将L1的主绕组去掉12毫米，也就是去掉足够多的匝数。将线圈的长度由19毫米减少到7毫米，就可使中波有源铁氧体天线的频率覆盖范围变为1.6到4.5兆赫。因为可以通过改变线圈在天线棒上的位置而适当调整频率覆盖，所以需要去掉的线圈匝数并不是很严格的。

增大前置放大器的增益可以改善接收效果，只要适当减小R5，例如说使R5为39欧姆，就可做到这点。R5阻值越小，增益就越大，但若R5大大低于39欧姆，便会使电路不稳定，以致天线完全不可用。即使稳定性方面 11 | Page 不出问题，进一步增大增益也会使噪声电平增高，而实际上得不到好处。 §2.9 环形天线

顾名思义，环形天线是由一个导线环构成的。中波段的环形天线则不是一个简单的导线环，而是一个空心的大圆环。圆环越大，得到的信号就越强。但是，这种天线通常用在室内，所以，实际使用且易于安装的环形天线，其直径最大不过l米。这么大的环形天线，所得信号强度还比不上一般的长线天线。虽然如此，只要接收机灵敏度不是太低，这种天线的效果

还是比较好的。与长线天线相比，环形天线用于中波远距离接收，有一个优点，它可给出较高的信噪比。象铁氧体天线一样，它有较强方向性，可使其零点对准干扰信号。实用环形天线的方向性要比铁氧体天线好得多。但环形天线体积大，使用不便。象铁氧体天线一样，环形天线通常要用一个与环并联的调谐电容器调谐，使天线与接收频率谐振，以便获得较高的天线效率和射频选择性。 一、简单的环形天线

在一米见方的方框上，或直径1米左右的圆框上，用20号标准包皮铜线，密绕6匝，便构成一个典型的常规环形天线，作一方框要比作圆框容易得多，用两块25× 50毫米2的木料，交叉钉成“X ”形即可。线圈围绕木料的四个顶端绕制，尽可能绕紧。调谐电容器可用365皮法的双连空气电容，将两部分并联，安装在整个组合的中部。天线的主绕组跨接在调谐电容器的两端，接线要尽可能短。用环氧树脂将线圈固定在木料上。

信号不要直接从线圈或调谐电容上引出。因为这些位置阻抗很高，难以和接收机的低输入阻抗匹配。应当加绕一个低阻耦合线圈，只要一匝线

12 | Page 圈，就可获得好的效果。像处理主线圈一样，也要用环氧树脂把这个线圈固定好。用同轴电缆把天线的输出送到接收机，耦合线圈要和同轴电缆的长度配合好，同轴电缆应捆在天线架上，以免天线移动时损坏电缆。可用骑马钉把电缆钉住，或用绝缘胶带捆住。

天线应当垂直安装，并使之能够旋转，以调节方向。无论天线架的形状是“X”形或“十”形，只要垂直安装就行。实际上，木架钉成“十”形也许更为方便，因为只要把垂直的那一根木料固定好，就解决问题了。可将一块大木头或其它材料钻一个洞，把天线‘十”字架垂直棒下端插入洞内，把天线垂直安装好。这块材料必须足够大，以便为天线提供一个稳定的基座。

如果主线圈是一匝接一匝密绕．那就必须在绕组上多加一匝，即总数7匝，因为这可减小线圈自身的电容。用一个500皮法的调谐电容，就可使天线在整个中波段调谐。

使用时，天线应当有清晰的零点，应能去掉很强的干扰信号。有时，偶然会使有用信号和干扰信号都接收不到，从而使天线方向性不起作用，但这种情况很少发生。

13 | Page 当线圈指内辐射源时，可收到最强信号。当线圈的指向与辐射源垂直时，接收情况最差。图2.15给出了铁氧体天线和环形天线的方向图。两种天线各有两个峰值，彼此差180°，各有两个零点，彼此差180°。 二、有源环形天线及其制作

用一个很小的线圈，例如说，直径150到300毫米的线圈，就可构成一个环形天线，但是，输出信号很小，对大多数接收机都不太适用。正如对有源铁氧体天线那样，只要在天线和接收机之间加入一级放大，便可解决这一问题。因为小环形天线的输出信号要比铁氧体天线高，所以放大器只需较小的增益就行了。事实上，只要一级缓冲器，将天线的高阻输出与接收机的低阻输入匹配起来，就可解决问题。

图2.16是简单有源环形天线的电路图。缓冲器是一级结型场效应管有源跟随器，直接从环形天线输入信号。环形天线L1构成Tr1的基极输入通路，Vc1是调谐电容。Vc2 的最大容量不足以使天线调谐到中波段的频率下限。为了保证能够接收到低频段，必须用开关S1将C1接入电路，R1是Tr1的信号负载，C2是输出隔直流电容。因为电流消耗仅3毫安，9伏电池就可向电路供电。 图2.16所示有源环形天线的元件表： 电阻，1／3瓦，5％ R1 100KΩ R2 1.2KΩ 电容

C1 220pF 陶瓷电容 14 | Page C2 10nF 聚脂电容 VC1 365pF 空气介质电容 晶体管 Tr1 2N3819 Tr2 BC650 原材料

20号标准包皮铜导线 同轴电缆插座(SK1) 盒子

天线框和天线基座材料 两个微型乒乓开关（S1和S2） 控制开关

电池及电池盒 自制印刷电路板 导线、焊料等

15 | Page 在200×150毫米2的框架上，用20号标准铜导线密绕20匝，即构成天线线圈L1 。可用50×19毫米2的木料，用螺丝扣接，或环氧树脂粘接而构成框架。用聚脂乙烯绝缘胶带或环氧树脂把线圈固定在框架上。线圈在框架上的覆盖宽度应不大于50毫米，这样，就可在框架的顶、底两边上各钻一洞，在洞中穿一根棒，线圈便可安装在这根棒上，再把棒的下端插在一块大木料基座的孔内。

图2.17是元件安装及布线图。印刷板及绕组的制作完全可照图安装，电子线路部分可装在线圈框架的中间。控制开关，输出插座和电池可安装在一个单独的盒子里，通过一根双股导线连到线圈上。不要用同轴电缆连接，因同轴电缆的电容太大。连接线上的感应信号或多或少会损害天线的方向性，所以连接线要尽可能短。

这个系统的使用方法和普通环形天线一样。调节VC1使接收信号最大，必要时用开关S1将C1接入电路。使用这两个元件，并仔细调节调谐旋钮，这种天线和普通环形天线都可调谐得十分“尖锐”。使用这两种天线时，用 16 | Page 一个慢传动装置来转动调谐电容，往往会更为方便。 三、差分环形天线及其制作·

这是一种用于中波段的环形天线，它的可用频带很宽，所以不需要调谐。这种天线用的是一个小圆环，有很好的方向特性，因而，如果必要，可以得到很深的零点。其电路图示于图2.18。由图可见，这种电路是所谓“长尾对”差分放大器。Tr1和Tr2组成差分放大器。在输出端，Tr3组成射极跟随缓冲器。L1是天线线圈，直接向差分放大器的输入端馈送信号。差分放大器把接在它两输入端的电压差放大。天线线圈L1的信号有一适当的电位差，这就使Tr1和Tr2的集电极输出反相信号。在这种情况下，我们利用的是Tr2集电极的信号，而不用Tr1的集电极信号。Tr2集电极的输出信号通过射极跟随器和隔直流电容C2加到输出端。 使用差分放大器的基本观点是，在将L1连到电路的两根导线上，有完全相同的信号，或是足够近似的信号。换言之，连接电缆上的这两个相同信号会在Tr1和Tr2的基极上产生同样的电压变化，但却不会引起Tr2集电极电位的任何变化。因此，用这种平衡输入系统可将这些信号抵消，从而，这些信号不会破坏天线的方向性。所以，在必要时，这一电路可使天线获得一个很深的零点。因为电路中用了很深的负反馈，所以Tr1和Tr2无需配对。这种负反馈电路也可大大减小电路中电流增益的起伏。

适当选用输入电容，可使天线粗略地调谐在波段的中心频率上。Tr1和Tr2的输入阻抗远小于使用结型场效应管时的输入阻抗。L1上的阻尼效应加宽了L1的响应范围，所以，L1的相应曲线不会有明显的尖峰。这一点与前面介绍的环形天线是不一样的。虽然在波段的上下边缘，天线性能稍微要

变差一点，但在整个中波波段，天线似乎仍可工作得十分满意。

这个系统仅有一个旋钮，那就是开关S1。电路的电流损耗大约为10mA。所以可以用中号电池或大号电池供电。

图2.18所示差分环形天线的元件表： 电阻，1／3瓦，5％: R1 1MΩ R2 1KΩ R3 1KΩ R4 1KΩ R5 1MΩ R6 680Ω

C1 100nF 聚脂电容C2 10nF 聚脂电容 晶体管:

Tr1 BC337 Tr2 BC337 Tr3 BC108 开关S1 SPST微型乒乓开关 原材料:

盒子自制印刷电路板天线框架材料24号标准包皮铜导线(用于制作K1) 同轴电缆插座(SK1) 电池及电池盒导线、焊料等

差分环形天线电路安装及布线图

天线线圈完全和有源环形天线所用线圈一样。结构也大体相同。差分环形天线的元件安装及布线方式见图2.19。

为使天线方向图有深的零点，应当用同轴电缆作输出电缆．或者，象其它环形天线那样，也可用平衡馈线。特别是接收机有平衡输入插孔时，最好能用平衡馈线作天线的输出馈线。有源环形天线的输出阻抗很低，连接线上是低阻信号，所以，输出馈线从环形天线上拾取信号通常不成问题。

但是，为了得到更深的零点，人们不防用特定的接收设备试收一下，看如何能够得出最佳结果。 四、倾斜环形天线

人们也许会发现，在某些台站，环形天线方向图会有很深的零点，而在另一些台站，峰值和零点都不十分明显。零点甚浅，是由于波前的旋转或扭转，只要把天线朝向或偏离辐射源倾斜一些，便可发现天线方向图的深零点。为了得到这个深零点，必须仔细调节天线的方向和倾斜度。

要持续将天线作大角度倾斜是不太方便的，因为这要用某种尖劈形状的物体把天线垫歪。因此，最好作一个特制的天线支架。如果要作特制天线支架，最好是作一个叉形支架，使天线的重量放在支架主体部分上，以免使用时天线位置不稳定。 图2.20给出了叉形支架的一个例子。 五、螺旋环形天线

螺旋环形天线的方向图有更深的零点。这种天线只是把线圈逐层向内

绕，所有线圈都处于同一个平面上。这种天线可用一块胶合板作基础，也

可用交叉木料制成的支架作基础，绕制时，用小钉或图钉使线圈在支架上定位。图2.21给出了螺旋天线的绕制图。如有必要，可在主绕组向里部分的线圈之间增绕一个耦合线圈，只要成方形加钉四个钉子，把耦合线圈绕在这四个钉子上即可。绕制一个螺旋天线必须十分仔细，使所有线圈都绕

在一个平面上，才能获得很深的零点，即使如此，螺旋天线的特性很难超过一个常规环形天线。 六、工作在短波波段的环形天线

只要少一些匝数使天线能谐振在较高的频率，环形天线就可以工作在短波波段。当然，天线拾取的信号就要小一些。在高频段，除非使用倾斜天线，否则天线的方向性会要差一些。

然而，为了获得零点，它的实际位置又基本上要处于水平位置。对4.5兆赫以下的短波波段，环形天线所需空间很小。但对更高波段的远距离接收，不宜使用环形天线。

只要将线圈匝数从20匝减少到7匝，前面介绍的有源环形天线也可用于1.6兆赫到4.5兆赫的工作频率。如果将天线线圈匝数减少到12匝，差分环形天线就可在160米波段上工作得很好。只用7匝，就可在80米波段上工作得很好。 七、工作在长波波段的环形天线

环形天线要工作在长波段是十分容易的，只要将天线绕组的匝数增加到中波段的三到四倍即可。用24号线绕制长波环形天线要比中波波段用的20号线更好。由于天线绕组中匝数增多，长波环形天线拾取的信号要比中波环形天线高得多。只要加接调谐电容，就可将中波环形天线调谐到长波

波段工作。对本章所介绍的例子，增加的电容值约为2.7纳法到10纳法。必须将这个附加电容值选得合适，使其与原来的调谐电容一道，能使天线在预期信道上很好谐振。 附加电容必须选用固定电容。

最后，不要将环形天线用于已有机内铁氧体天线的接收机。铁氧体天线会使环形天线的零点变差，甚至使零点消失，而且，环形天线的输出会使接收机过载。 §2．10 高频前置滤波器

许多短波接收机，特别是那些比较简单的老式接收机，高频工作性能要比低频工作性能差得多。在低频段，人为干扰严重，接收机灵敏度的高低不起关键作用。而在高频段，相对来说，人为干扰的影响不那么严重，因此，接收机高频段工作性能较差的现象就很值得注意了。不仅如此，在高频段，接收机象频于扰抑制能力也会严重变坏。

任何外差接收机都不能在两个信道上同时接收信号，所以象频于扰抑制能力是接收机非常重要的性能。其中一个信道是接收机的主谐振频率，另一个信道则是它的镜象频率。

它与主频之差为接收机中频频率的二倍。当接收机的中频为标准中频值，约465千赫时，象频偏离主频大约为930千赫。这样，在数兆赫的工作频率上，与接收频率相比，主频与象频之差显得很大，所以，接收机的象频干扰抑制能力很强。而在15兆赫到30兆赫的工作频率上，相对来说，主频与象频之差显得比较小，所以，若天线通带很宽，接收机的象频干扰抑制能力就会比较差。接收机高频象频信号抑制电平一般不大于20分贝。

也就是说，接收机的主频灵敏度与象频灵敏度之比不会大于l0。

在短波段的高端(30兆赫附近)，一台设计简单的外差接收机，其象频干扰抑制能力几乎只有数个分贝。

对于简单的老式短波接收机，在灵敏度和象频干扰抑制这两个方面，高频前置滤波器可以大大提高接收机的高频工作性能。高频前置滤波器就是一个射频放大器，它有一个选频电路，所以减小了带外干扰信号的响应，又提高了接收机的灵敏度。应当指出，高频前置滤波器对一台简单接收机性能的改善并不很大，它通常只能使灵敏度和象频干扰抑制能力提高20分贝左右。并且，在最高频率上，对象频干扰抑制能力的改善还要小于这个值。

还应当指出，许多现代接收机用了高中频，或者，在多重混频的接收机中用了第一中频，这些措施都大大提高了象频干扰抑制能力。现代接收机通常还采用了射频驱动器以及具有高灵敏度和低噪声性能的混频器。所以，在这样一些接收机中，高频前置滤波器作用就不很明显。 一、电路

图2.22给出了高频前置滤波器的电路图。这个电路基本上是一个混合级联放大器，用一个结型场效应管（Tr1 ）形成放大器，它驱动一个共基极放大器Tr2。电路的电流消耗约为5mA。

T1是调谐输入变压器，它的主绕组加VC1，形成调谐回路，从而使该电路具有射频选择性。天线来的信号经T1上的低阻初级线圈耦合到调谐回路。T1还有一个次级绕组，也是低阻抗的。利用这个线圈可将变压器的输出信号耦合到结型场效应晶体管放大器的输入端。在图2.22所示电路中，因放大

器有一个结型场效应管，它的输入阻抗很高，可以直接与调谐回路的

高阻抗匹配，所以T1的次级线圈并末用上。于是，调谐电路直接耦合到Tr1的输入端，T1的调谐线圈为Tr1提供基极偏压，R3是源偏压电阻C2是旁路电容。

Tr2的固定偏压由R1和R2形成，C1为了Tr2的基极提供到地的交流通路。Tr1的漏极输出直接耦合到Tr2发射极，作为它的输入。L1是Tr2的负载，C3是输出耦合电容。C 4是电路中唯一的电源去耦元件。 图2.22所示高频前置滤波器的元件表： 电阻，1／3瓦，5％

R1 3.9KΩ R2 4.7KΩ R3 300Ω 电容:

C1 100nF聚脂电容C2 10nF 陶瓷电容 C3 10nF 陶瓷电容C4 100nF聚脂电容(C280) VC1 365pF 空气电容 晶体管:

Tr1 2N3819 Tr2 BC108 开关S1 SPST微型乒乓开关 原材料:

盒子、自制印刷电路板、点子管管座（线圈座）、电池及电池盒、两个滑动式插座（SK1和SK2），一个同轴电缆插座（SK3 ）、控制旋钮、导线、焊料等。

二、制作

这个电路的元作安装和布线图示于图2.23。

为了获得最好的效果，应把电路装在金属材料制成的盒子内，以便屏蔽导线，从而防止电路的选择性受到破坏。两个控制旋钮装在前面板上。

SK1、SK2和T1都安装在盒子的后面板上。

布线完全可以照图。除了连到S1和电池夹的连线之外，其它连线上都

有高频信号，所以，连线要尽可能短。连线可以直接接到T1上，但必须十分小心，因为热烙铁碰到模压塑料盒时，塑料会很快熔化，因此，焊接动作要快。一个比较好的办法是把一个电子管管座固定在线圈支架上，然后，再把导线焊在管座接线片上。 三、使用方法

把天线接到高频前置滤波器的SK1上，用一根同轴电缆将SK3与接收机的“天线-地”插座连接起来。电缆应尽可能短，长度不应超过1米，输出线必须把前置滤波器的地端和接收机地端接通。接线上的感应信号会降低电路的选择性，使用同轴电缆，就可使芯线上没有这样的感应信号。

调节谐振电容VC1，使接收机收到最大信号。这个电路的通带很宽，所以，接收机调谐控制旋钮稍微变动一点影响不大，无须重新调节VC1。但是，如果VC1巳调谐在业余波段或广播波段的高端或低端，随后，接收机却要调谐到频段的另一端工作时，VC1必须适当调节。

为了包装方便，产品出厂时，T1的可调内芯已完全旋进去了。应当把它旋到一个适当位置，以使电路具有所需的频率覆盖。但在本电路中，无须调节这个线圈，便可得到满意的覆盖。如果调谐范围某一端的频率覆盖差得太多，当然可以调节这个线圈。

§2.11 可调天线衰减器

一般来说，人们希望获得尽可能强的天线输出信号。但信号过强，会使接收机输入级过载，从而影响接收机工作性能，所以，要加一级衰减器。特别是在广播波段，发射信号功率很大，容易出现输入级过载问题。 在考虑接收机前几级的过载问题时，必须记住，大多数接收机的选择

性是在中频级获得的，而不是输入端的射频级和混频级获得的，所以，虽然接收机有时可以调谐在一个很弱的信号上，但是，射频级和混频级的通带很宽，在这几级中，可以同时存在许多相邻信道的强信号。如果这些信号不在中频通带内产生强信号，因而不会对主要接收信号产生干扰。如果射频级和混频级的放大器完全是线性的，就不会出现产生干扰信号的交叉调制现象，那么，也不会存在什么问题。但是，任何一个有源电子线路都不会是完全线性的。外差接收机所采用的许多混频电路正是靠着混频晶体管的非线性进行工作的。因此，所有外差机或多或少都要碰到干扰信号过载的问题。

收听短波广播时，有时会在调谐台处听到另一个电台的声音，这就是所谓“交叉调制”现象。如果接收机有射频增益控制，或天线衰减控制，只要把控制旋钮稍微回调一点，便可消除二次调制现象，然而，并不是所有短波接收机都有天线衰减器或射频增益控制，这时，只要在天线和接收机之间加装一个可变衰减器便可解决这个问题。图2.24是一个简单可调天线衰减器的电路图。这实际上就是—个用作音量控制的1千欧线性碳膜电位器。所需的其它元件仅仅是一个输入插座和一个输出插座，一个小金属盒，一个控制旋钮以及同轴电缆输出线。值得指出的是，电路的输出要耦合到接收机的“天线-地”插座上，该电路才真正起作用。所以，要用一根导线把VR1的滑动头接到接收机的天线插座。如果不把VR1的低端和接地插座连接起来，该电路的效果就会很差，最大衰减量也许会只在一、二个分贝。

某些情况下，用一个外接天线衰减器来消除交叉调制，要比用射频增

益控制更好。这要取决于接收机的设计。如果回调射频增益控制对交叉调制改善不明显，那就可试用外接衰减器来消除交叉调制。

图2.25是一个简单天线衰减器的电路，它的衰减量可调，用这种衰减器可以提高接收机的射频选择性。

增强射频选择性的道理很简单，除了所需信号之外，该衰减器对进入接收机的其它信号电平衰减，这就减小了交叉调制，显然，它要比直接式衰减器更好。接收机输入端的简单调谐回路只能适当地改善接收设备的选择性，但是本节所介绍的简单电路却能较好地

改善选择性。并且，这种形式的电路也可降低接收机的象频干扰和其它的杂散干扰。

衰减器的电路实际上就是一个调谐电路，天线信号通过一个小电容加到这个电路上。这个调谐电路的输出经另一个小电容以及一个可控衰减器送到接收机的输入端。为了使调谐电路覆盖整个短波频段，必须有三个波段线圈。L3为第一个波段线圈，频率覆盖为1.6至5兆赫；L2为第二个波段线圈，频率覆盖约为5至15兆赫；L1对应第三波段，频率覆盖为12至30兆赫。VC1是调谐电容，通过波段开关S1接到其中一个适当大小的电感上。

加入输入和输出耦合电容的目的，是为了减小调谐回路的负载，以便得到比较尖锐的调谐性能。这些电容会使电路产生损耗，但在实际应用中，不太严重。不同的调谐电路中用了不同的电容，以便使每个波段的负载和损耗保持不变。电容的阻抗随频率升高而减小。因此，频率越高，阻抗值越低。

衰减器就是前面电路中所用的音量控制炭膜电位器。因为线绕电阻会引入一个电感，从而使电路在高频部分无法工作，所以，在电路中使用炭膜电位器而不用线绕电阻器。 图2.26天线衰减器的元件表： 电容

C1 2.2pF 陶瓷电容C2 2.2pF 陶瓷电容 C3 10pF 陶瓷电容C4 10pF 陶瓷电容 C5 22pF 陶瓷电容C6 22pF 陶瓷电容陶瓷电容 VC1 365pF 空气可变电容 电位器VR1 1 kΩ线性碳膜电位器 电感L1 晶体管电路专用线圈 L2 晶体管电路专用线圈 L3 晶体管电路专用线圈

开关S1 三掷四刀旋转式开关<仅用三刀)

原材料:盒子、两个同轴电缆插座（SK1 和SK2 ）、两个控制旋钮 三个电子管管座（线圈座）、导线、焊料等。 二、制作

电路的布线图示于图2.26。如果直接在线圈接线片上焊接，容易损坏线圈盒，所以，三个线圈最好都装在线圈座上。六个固定电容都直接装在开关S1上。图2.26中标有“A”的点彼此相接。按线应尽可能短。

电路输出必须用同轴电缆，并把衰减器的地端和接收机的地端接在一起。还要保证同轴电缆上的感应信号电压非常小，以便衰减器有最佳工作效率。电缆应很短，不要超过半米。

通过S1选择适当的调谐波段。然后，调节VC1，使信号出现最大值。每当接收机的调谐控制旋钮调动之后，VC1也应稍作调整，以保证与接收机

的调谐同步。VR1是补偿电阻，必要时，可用它来避免严重的交叉调制。 §2.12 调谐陷波器

除了少数例外，目前的短波接收机都是外差式的，只要基本满足设计技术指标，这种接收机都会有优良的工作性能。超外差接收机的主要缺点，是在中频和镜象频率上容易出现干扰感应信号。中频通带内的干扰感应信号通过射频级和混频级漏入中频放大级，放大后进入音频电路。一般来说，射频级和混频级对干扰感应信号衰减很大，而在中频级加入陷波电路也会大大衰减这些信号。所以，中频干扰感应信号一般不会成为严重问题。

陷波器实际上是一个普通的并联调谐电路，它的谐振频率调谐在衰减波段的中心频率上，陷波e器要和信号电路串联。在谐振频率附近，电路有非常高的阻抗，这是并联调谐电路的一个显著的特征。在调谐频率上，阻抗趋于无穷六，所以，陷波器阻止了谐振频率及其附近频率上的信号，而远离谐振频率的信号可以顺利通过。

抑制镜象干扰的办法，是提高接收机的射频选择性，将主谐振频率调到最大信号输出，而使包括象频干扰在内的其它信号受到很大的衰减。在天线和接收机之间，加装一个前面介绍过的射频预选滤波器或衰减器，可以增强射频选择性。但是，克服象频干扰的最有效方法通常是采用杂音分离滤波器，这种滤波器类似中频陷波器。当然，这种滤波器在整个可用频

率范围内必须是可调谐的，才能用它来克服象频干扰和其它类似的干扰。而且还要和接收机的调谐控制同步工作，这样，才能在指定频率上提供较大衰减员量。

图2.27是陷波器式调谐滤波器的实际电路图。三个调谐波段的总频率

覆盖范围比整个短波频谱要稍微宽一点。该电路是接在天线输出端的并联调谐电路，VC1是调谐电路的电容元件，由开关S1选定的电感是调谐电路的电感元件。接入L1时，电路的频率覆盖范围为1.6到5.5兆赫，接入L2的频率覆盖范围为4.8到15.5兆赫；接入L3的频率覆盖范围约为10到33兆赫。

图2.28是调谐式陷波器的布线图。正如前面所讲的那样，最好是先将电子管管座装到线圈上，在管座的接线片上焊接连线，而不要直接在线圈接线片上焊接。应当用同轴电缆作输出线，将电路的输出送至接收机，以尽量降低连线上的感应信号电平。建议将电路装入一个金属盒内，引出线编辫、屏蔽，正如输出线用同轴电缆的道理一样，这样便可减少感应信号进入电路。

使用时，我们会看到，这个电路能够将象频波段中的干扰信号滤掉。值得指出的是，由于多重变频，接收机本身常常会产生一些干扰信号，本电路对于这样一些信号无能为力．有时，我们会发现这样的情况，干扰信号虽然去掉了，但需要的信号也大大降低了，以致于要么有用信号收不到，

要么有用信号和干扰信号都进入了接收机。这时，就要花一些时间，尝试着把VC1和S1调节到正确位置上。只要稍微积累一些使用经验，就能很快把接收机调节好。假定输出导线和接收机都能很好屏蔽，这种电路的衰减量就可以做得很高，即使是很强的干扰信号，也可用这种滤波器去掉。

有时，高功率中波广播信号会挤进短波接收机，特别是在短波频谱的低端(2至3兆赫)容易出现这种问题。这时，可以采用下面的

办法：用一个四掷开关取代开关S1，在第四个接点接入一个线圈作为电路的另一个调谐波段线圈，使滤波器可在整个中波段调谐。 超高频信号有时也会挤进短波接收机，滤波器无法衰减这类于扰信号。这时，最好使用低通天线滤波器。

在安装电路时，应注意VC1的机架不应与金属盒接触，因为这会将天线信号短路通地。VC1 的机架与金属盒绝缘的简单安装办法，是在VC1的金属板下贴一层塑料板，然后，让塑料板贴在金属盒的前面板上，塑料板和金属盒前面板都要钻一个直径14毫米的孔，以备安装VC1的转轴。 图2.17 调谐陷波器的元件表； 电容： VC1 365pF 空气可变电容 电感： L1 晶体管电路专用线圈 L2 晶体管电路专用线圈 L3 晶体管电路专用线圈

开关S1 三掷四刀旋转式开关（仅用一刀)

原材料:金属盒、两个同轴电缆插座（SK1 和SK2 ）、控制旋钮、三个电子管管座、导线、焊料等。

§2.13 天线低通滤波器

在短波频段的高端，有时会挤进超高频干扰。二频道超高频广插电台便是这种干扰源。如果短波接收机在一个高功率二频道超高频广播台的附近工作，那就会碰到很大的麻烦。无线电话的干扰，其它频道的超高频辐射，甚至特高频波段的辐射，也有可能产生干扰。这类干扰主要产生于接收机本地振荡器(在多重变频情况下是第一本振)。本振输出信号的谐波

与某些外来信号形成差拍，产生出频率处于接收机中频通带之内的信号。在基波频率的倍频上，都有这样的谐波，谐波频率一般要比基波高得多。因此，只有在比正常接收频率高得多的输入信号，才能使混频级产生中频通带内的输出信号。所以，当接收机工作在频段高端时，就可能出现超高频干扰。

在设计短波接收机时，通常都要考虑本振信号的频谱纯度。但在大多数情况下，仍会有足够强的谐波信号导致出现很强的干扰。很明显，射频和混频调谐回路会将这些干扰大大衰减。但是，由于接收机灵敏度高，再 加上干扰信号强，仍然会经常出现超高频干扰。

克服超高频干扰的方法有两种：改进接收机，提高本振输出信号的纯度，在天线和接收机之间加一个低通滤波器，使干扰信号减弱到较低的电平。第一种方法比较困难。第二种办法要现实得多，滤波器简单，花钱少，容易制作。图2.29是这种滤波器的电路图。 这是一种简单的LC低通滤波器。对于低频信号，L1的阻抗很低，而在更高的高频段上，它的阻抗相当高。因此，低频信号容易通过L1，但是，超高频信号，特别是超高频波段高端的信号都要被衰减。对于低频信号，C1阻抗较高，但对于超高频信号，它的阻抗就要低得多。通过L1和C1的分压作用，对30兆赫以下频率的信号，该电路的衰减甚小，而在较高的频率上，衰减却很大。

很明显，在短波频率范围内，电路损耗很小，在短波频谱的高端，损耗也比较小，不致于影响接收机的工作性能。在超高频波段的低端(30兆赫至50兆赫)，电路的衰减也不太大，因为滤波器的标准衰减是每提高一个音阶增加12分贝，即频率每提高一倍，灵敏度降低75％。但是，在干扰信

号出现较多的100兆赫左右或更高的频率上，滤波器的衰减约为20分贝或更高。即干扰信号至少降低90％。一般来说，干扰信号可以忽略不计。显然，如果必需的话，可用两个滤波器串联。

滤波器可以装在金属屏蔽盒内，用螺钉将盒子固定在同轴电缆插座上。为了便于接地，要在固定支架的螺钉上接上接线片。在屏蔽盒的另一端钻一个孔，以便引出同轴电缆，最好在孔内先装一个保护圈，以便保护电缆。电缆应很短，不要超过50到100毫米，否则，相当于给C1加一个并联电容，这会增大损耗，从而影响工作性能。实际安装时，也许不存在这样的问题，因为滤波器很小，要把它装在接收机的天线插座近旁，似乎不会有多大的困难。当然，输出电缆的另一头应当接到接收机的天线-地插座上。 L1的输出线要剪短，把输出线的内导体和SK1的内芯连接在一起。先把C1按在L1和输出线的交接点与通地接线片之间，再用绝缘胶带包住L1，确保L1和机壳不会短路。C1应是陶瓷片电容，接线头要整理得尽可能短。再把输出电线的外皮接地，便完成了滤波器的安装工作。

当有必要加装第二个滤波器的时候，除非彼此屏蔽，否则不要把两滤波器装在同一个盒子内。不然的话，超高频信号将会从一个滤波器漏进另一个滤波器。如果滤波器所起的衰减作用甚小，那就表明干扰信号不是超高频波段的信号。即使是超高频信号，也一定是从接收机导线上感应过来的。要克服这种现象比较困难，因为这涉及到改造接收机。

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2 | Page §2.14 天线调谐器

配用长线天线的短波接接收机最有用的附件之一便是天线调谐器。使用天线调谐器的主要理由，是因为这种组合能明显地提高信号强度，将信号场强提高二至三个等级。天线调谐器是无源电路，它的作用是使信号场强升压，而不是说天线调谐器可以提高增益。 那么，天线调谐器为何能使信号场强增高呢?简单地说，它是靠改善接收设备的效率，也就是说，改善了天线与接收机之间的匹配，从而改善了信号传递的效率。

天线调谐器的效果有赖于如下的事实：天线信号的源阻抗与接收机输入阻抗相差很大，因此，如果天线直接接到接收机的输入端，信号的传递效率就特别低．天线调谐器起到匹配变压器的作用，从而改善信号传递效率，达到提升信号场强的目的。

除了提升信号场强之外，天线调谐器还有降低杂散干扰的作用。因为天线调谐器就是一个调谐变压器，所以它可以提高接收电路的射频选择性。 一、电路

图2.30是天线调谐器的实际电路图。通常，这种电路由一个线圈构成，线圈直径约为25毫米，绕50匝，抽头6到12个，抽头接到一个多掷开关的接线片上，用这个开关来选取所需要的抽头。问题是线圈必须手工制作。 3 | Page

为了克服手工制作的麻烦，图2.30的电路用了三个现成的圈线，用开关S2选用所需的圈线，但可选用的电感值比多抽头线圈少。只要给接收机配用不同长度的天线，在任何波段都可用这种电路把信号调到最大值。若与短天线配用，这种电路的效果不会很好，所以建议天线长度不小于6米。

这种电路的工作原理是很直观的。选定的圈线形成一个电感，电容VC1和VC2形成分压电路，并使分压通地。调节VC1和VC2，就可有效地调节分压比，以便得到所需的阻抗匹配。这两个电容的容量还必须能使线圈谐振在接收频率上。前面已经指出，使用三个可选线圈，是为了保证电路可以谐振在短波波段的任何一个频率上。L1用于4兆赫或5兆赫以下的低频段， L2用于5至15兆赫，L3用于从15到30兆赫的高频段。 S1是一个旁通开关，当不需要天线调谐器时，将这个开关短路。 图2.30天线调谐组合的元件表； 电容：VC1 365pF 空气可变电容 VC2 365pF 空气可变电容 电感： 自制或选用频段合适的线圈 4 | Page L1 晶体管电路专用线圈 L2 晶体管电路专用线圈 L3 晶体管电路专用线圈 开关： S1 SDPCT 乒乓开关

S2 三掷四刀旋转式开关（仅用一刀)

原材料:金属盒、两个同轴电缆插座（SK1 和SK2 ）、控制旋钮、三个电子管管座、导线、焊料等。 二、制作

天线调谐电路的布线示于图2.31。前面各节介绍过的安装注意事项都适用于这个电路，此处不再重复●

L1和L2内芯的位置不太重要。只要把芯子旋进去大约10毫米就可以了。L3内芯旋进的深度不必大于10毫米，以便使电路能工作到短波频谱的上限频率30兆赫。

用一根尽量短双芯电缆，把天线调谐器的输出信号送至接收机，而不 5 | Page 必用同轴电缆，因为双芯电缆的电容比同轴电缆要小。

反复调节VC1和VC2，使信号达到峰值。如果调节VC1 和VC2，信号场强的差别不大，可以尝试更换VC1 和VC2，然后，再反复调节电容量，或者，可借助S2更换线圈。

开始的时候，选用波段线圈，调节VC1 和VC2也许要浪费许多时间，一旦找到了最大值，就应把这些位置记下来，以后要用时，就可使天线调谐回路很快调好。为了易于记下这些位置，可在VC1 和VC2的控制旋钮上做些简单标记，例如说，从0到10进行刻度。

或者，可使用图2.32所示的电路。

§2.15 短波通信工程中常用的天线

在大型短波通信工程中，常常用到的天线主要有：笼形水平半波偶极天线、笼形对称垂直偶极天线、带导电地网的非对称垂直天线、水平同相阵列式天线、菱形天线以及对数周期天线。

6 | Page 本节简要介绍这些天线的结构、特性及用途，以供无线电管理人员和无线电爱好者参考。 一、笼形水平半波偶极天线

图2.33给出了这种天线的示意图。架设高度H小于四分之一波长时，它的工作性能与水平半波偶极天线的性能相似，例如，H = 0.25λ的半波偶极天线，垂直面内主辐射波瓣上半功率点和下半功率的仰角分别为90°和18°，增益约为5.4分贝。但是考虑到地面的影响，随着架设高度增大，低仰角辐射会增强，但在垂直面内，波瓣图将会出现裂瓣。主辐射方向

在垂直于振子轴线的平面内，前向、后内有相同的工作性能。这种天线多用于中、短距离广播和通信。天线作成笼形。主要是为了加粗线径，以便达到增宽频带的目的。

7 | Page 二、笼形对称垂直偶极天线

图2.34 给出了这种天线的示意图。如果地面导电性能良好，地面的影响可以用天线的镜象来考虑。因此，这种天线的工作性能相当于一个在垂直面内拼阵的二元天线阵，这种天线垂直面内的主要辐射方向在与地平面平行的平面内。H = λ／2的对称垂直偶极天线，上半功率点仰角大约为55°，前瓣，后瓣对称，如果地面导电性能很好，增益可达4分贝。这种天线是垂直极化天线，低仰角辐射性能好，增益不高，适用于中、短距离通信。

一、带导电地网的非对称垂直天线

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图2.35给出了这种天线的示意图。由于有地网，地面的影响可以用天线的镜向来考虑，所以，天线的工作性能类似图1.7所示的垂直对称振子。这种天线发射或接收垂直极化波，适用于中、短距离通信。 二、水平同相阵列式天线

图2.36是一副四层二列式水平同向天线。天线后面有反射网，所以天线向后辐射很弱。水平面内天线幕的法线为对称轴。每一层内天线的振子越多，则水平面内方向图越窄。每层四个振子的天线，水平面内方向图半功率点宽度约为40°。层数越多，垂直面内方向图越窄，垂直面内方向图仰角与天线悬挂高度有关。

当最下层的悬挂高度H1=λ／2时，垂直面内方向图半功率点宽度约为17°，主辐射方向仰角约为10°。这是一种水平极化天线，适用于中、远距离广播和通信。

9 | Page 五、菱形天线

菱形天线是一种行波天线，如图2.37所示，它的主辐射方向在通过两锐角顶点的垂直面内，朝向接有终端负载的锐角顶点一边，辐射仰角与天线幕悬挂高度有关。

天线幕高度为一个波长，锐角65°，臂长四个波长的单菱形天线，在设计波长上，其方向图特性如下： 在水平面内，半功率点波瓣宽度约16°；

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在垂直面内，半功率点波瓣宽度约为16°。仰角约为13°。

这种天线适用于中、远距离通信。菱形天线使用波段较宽，但辐射仰角会随工作波长增大而增大。为了提高菱形天线的效能，可以架设如图2．38所示的复式菱形天线。二重复式菱形天线的增益可比单菱形天线高3分贝。

11 | Page 六、对数周期天线

对数周期天线的结构示于图2.39。图(a)为水平极化对数周期天线，图(b)为垂直极化对数周期天线。对数周期天线是一种适用于中、远距离定点通信的宽频带定向天线。它由许多辐射振子所组成，辐射方向朝向短振子一边。在某个波长上谐振的振子便是这个频率的辐射振子，其长度比谐振

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振子短的那些振子是天线的引向器，较长的那些振子便成为反射器。因此，天线可在很宽的频段内工作。

为使天线能在低频段工作，天线的后杆必须很高。同时，天线结构比较复杂，馈电也比较讲究，这是这种天线的缺点。

为了提高增益，可以使用对数周期天线阵。因为天线越高，施工越困难，所以不可能在垂直方向拼阵。在工程应用中，多使用水平方向拼阵的水平极化或难垂直极化对数周期天线。 第三章电视接收天线

§3．1 架设电视天线应注意的问题

电视信号是通过视线传播到达接收天线的，所以，接收天线应当有一定的高度，使其处于电视广播天线的视距之内，见图1.3。 接收天线架设较高时，要加装避雷针，以防雷击。要远离高压输电线以免在大风情况下。天线歪倒在高压线上，造成事故。 13 | Page

应根据接收点信号的强度选用增益合适的天线。一般来说，离播送台很近时，就用本机天线，或者可选用低增益天线。离播送台远时，则要架设高增益定向天线。

要注意选择接收天线的架设位置，尽可能避开干扰。在楼顶架设天线时，要尽可能架在楼顶上离马路较远的那一边，并且天线不要架得太高，以便让大楼挡住马路上的汽车点火干扰。当接收点附近有高大楼房等电波反射物时，反射波会造成电视接收中的“重影”现象，天线架设位置应使天线尽量收不到反射信号，而又能较好地接收到来自播送台的直达信号。或者，采用方向图较窄的高增益天线，利用天线的弱副瓣对着干扰方向，起到抗干扰的作用。

应注意天线与馈线、馈线与接收机的匹配。匹配不好会造成明显的功率损耗。并且，匹配不好时，电波在馈线上返往传播也会造成重影。关于匹配的问题请看第五章。 §3.2 室内天线

电视机一般都带有一副装在顶上的拉杆式鞭天线，输入阻抗为73欧姆。这是一种四分之一波长的垂直振子天线。

羊角天线是常用的一种室内天线，见图3.1。这是一种具有伸缩性的线性半波振子，改变振子长度就可转换频道。天线阻抗近似为75欧姆，是一种对称平衡输出天线。严格地说，这种天线要经过一个平衡-不平衡阻抗转换器，用75欧姆同轴电缆和电视机连接。但在大多数情况下，由于装在室内的振子两臂到室内墙壁和各种物体的距离不等，天线就已经失去了对称性。再者，因为天线装在电视机上，或者距电视机很近，馈线很短，影”

14 | Page 响很小，所以，馈线的使用不必太讲究。为了方便，甚至可以使用300欧

姆带状扁馈线与电视机的300欧姆输入端连接。与鞭天线相比，这种天 线有较好的防重影和抗干扰能力。 §3.3 线性半波偶极天线

线性半波振子是最通用的—种电视接收天线，也是最基本的一种天线。它的结构如图3.2所示．图中还画出了振子上的电压和电流分布．图中l为开口距离，VHF波段取50～80毫米，UHF波段取20～30毫米。d为振子直径，一般取8毫米～20毫米。直径8毫米即可保证足够的带宽。振子最好用铜管和铝管制作．若用金属扁线制作，则取扁线宽度的一半作为d、L 为半波振子天线的全长，具体可按下式计算： L=λ/2(1-Δ%/100)

式中，λ为待收电视频道的中心波长。Δ%为天线的缩短系数，具体数值可以从图3.3查出．图中的de为有效直径，对半波振子，de = d。

半波振子的方向图见图1.7(b)、(c)。

线性半波振子要用高频陶瓷或塑料做的绝缘子固定在金属杆或木杆上， 15 | Page 绝缘子也可用夹布胶木或胶纸板制作。

§3.4 折合半波偶极天线

折合半波偶极天线如图3.4所示。它是天线的另一种基本形式．也是多元天线中常用的激励单元。它一般是用一根金属管弯成，相当于两个半波振子两端相接，中间平行。间距S取0.02λ，VHF波段可取70～80毫米，UHF波段可取40～50毫米。开口距离l，可取该长的百分之十到百分之二十，VHF波段可取50～80毫米。UHF波段可取20—30毫米。折合振子的全长L可用计算线性半波振子天线长度的公式计算，但要注意折合振子的有效直径de与管径d的关系是， de = √2dS

式中，d是管子直径，S是管轴间的距离。求出de后，再按图3.3查出Δ%。 折合振子的中心点是零电位，可将其中心点直接固定在金属杆或木杆 1 | Page

2 | Page 上，而无需使用绝缘子，所以，架设这种天线要比架设半波振子天线方便得多。

直径不等的折合振子可以有不同的输入阻抗，详细介绍见第六章的§6.2。 §3.4 八木天线

八木天线是一种在结构上很简单的定向天线。在城市、乡村广泛适用于接收远距离电视节目。这种天线也广泛用于移动通信。八木天线由装在—根公共横杆上的有源振子和若干个无源振子组成。有源振子可以用线性振子和折合振子，大多用折合振子，因它易于安装。装在有源振子后面的无源振子称为反射器，八木天线通常只有一个反射器。装在有源振子前面的无源振子称为引向器。有源振子又叫做激励振子，八木天线的几种适用方案示于图3.5～图3.8。

八木天线既可用作接收天线，也可用作发射天线。我们从激励振子加有高频电动势的发射状态来简略介绍它的工作情况，由于加有高频电动势，有源振子就在周围空间产生电磁场，这种电磁场在无源振子中感应出电动势。在感生电动势作用下，无源振子中产生相对应的高频电流，这些电流在周围空间也产生电磁场。因此，由于存在无源振子，在有源振子上会产

3 | Page 生感应电流，有源振子上的总电流应是激励电流与感应电流之和。可见，无源振子的存在会影响激励单元的电气特性。只要反射器的长度和它到有源振子的距离选得适当，以使反射器和有源振子所产生的电磁场在一个方向(反射器一边)上互相抵消，而在相反的方向(主辐射方向)上相加，就可使天线得到单向辐射特性。理论上，只要长度为二分之一波长的反射器装

在有源振子后面四分之—波长处，便可做到这一点。实际上，通常使反射器到有源振子的距离稍微小于四分之一波长，以便增大反射器中感应电流的振幅，尽量削弱后向波瓣。这时，为了保证反射器中的电流有所需的相位，应使反射器的阻抗具有感抗性，即应将反射器做得比半个波长稍长一些。

引向器的长度和离有源振子的距离要选得恰当，以便保证各引向器和有源振子在主辐射方向上产生的电磁场能够相加。通常，要把引向器做得稍短于半个波长使其阻抗具有容抗性。有了引向器，就可使方向图的主瓣宽度变窄。

输入阻抗、增益和方向图的宽度是八木天线的主要参数，这些参数互有关系，取决于各个振子的长度和振子间的距离。天线的方向图应有尽量强的主瓣和尽量弱的副瓣，以便能够在增强接收信号的同时，减小杂散反射信号和干扰的影响。为了使图象清晰，应使天线有比较宽的通频带。

多元八木天线各单元之间的相互作用是十分复杂的。因此，主要参数基本相同的八木天线，往往会有几种不同的几何尺寸方案。在调谐时，必须找出折衷方案，以便能以最佳方式来满足既要得到高增益，又要有宽通频带的要求。调谐的原则是，在满足最小所需通频带时，获得尽可能大 4 | Page 的增益。

图3.5至图3.8给出了二单元、三单元、五单元和七单元八木天线的振子排列结构。可以使用线性半波振子作多单元八木天线的激励单元，见图3.8，但安装时，须用绝缘子，所以在结构上不方便。图3.5至图3.7中各天线的激励单元都是用的折合振子，这样，它可以和无源振子一样，不需要绝缘子就可固定到金属或木制天线杆上。

表3.1至表3.4给出了八木天线几何尺寸。表内各天线的名称及各个几何尺寸的意义是和图3.5至图3.8中所绐参数一一对应的。表中所给的数据的单位是毫米。例如，要设计一副接收第三频道电视节目的三单元八木天线，作为激励单元的折合振子的长度。

表3●1 1～12频道二单元八木天线的各部尺寸 5 | Page 6 | Page 7 | Page A=2110mm 反射振子的长度 B=2570mm

8 | Page 引向振子的长度 C=1810mm

同样可查出反射振子与有源振子距离a = 690毫米，引向振子与有源振子的距离b = 460毫米。

表中二单元、三单元、五单元天线的设计尺寸适用于VHF波段的12个频道。低频道七单元八木天线的尺寸较大，使用不便，所以，表3.4中只给出了适用于第六至第十二频道的七单元八木天线设计参数。振子直径的计算方法与半波振子以及折合半波振子直径的计算方法相同，请参看3.3节和3.4节。

相对于各向同性天线来说，调谐较好的八木天线可以达到的增益是二单元天线为5分贝，三单元天线为8分贝，四单元天线为9分贝，五单元天线11分贝，七单元天线为13分贝。

在0.7电压电平上，方向图主瓣的宽度大约是：三单元天线为70°，五单元天线为50°，七单元天线为35°。 §3.6 多频道天线

多频道天线是指用一副天线能有效接收两个或两个以上频道节目的天线。 一、扇形天线

扇形天线能够有效地接收两个频道的节目，其结构如图3.9所示。

设所接收的高频道信号的中心波长为λG，所接收的低频道信号的中心波长为λD，那么共用时，中心波长为λ=√λGλD 。 扇形天线的有源振子在垂直面内形成扇形，每臂长为λ／4。同一边

9 | Page 相邻振子臂夹角为30°，两边的振子相互绝缘，中间开口约60-80毫米。反射器有两根，一根长1/2λG ，与有源振子所在平面的距离为1／10λG 。另一根长1/2λD，距有源振子所在平面λD／10。引向器1/2λ，距有源振子0.1λ。天线输入阻抗300欧姆。使用时，扇形振子面要垂直放置。这 种天线也可接收波长介于λG与λD之间的节目。

当不要求增益很高时，扇形天线可以去掉前面的引向器，去掉一对有源振子。四个有源振子成X形，交角为30°- 45°，使天线成为具有两根长度分别为1/2λG和1/2λD反射器的双频道天线。因其有源振子成X形，所以称为X天线，见图3.10。

10 | Page 扇形天线可用铜管或铝管制作。为了方便起见，有源振子可用金属条制作。 二、两个折合振子组成的双频道天线

这种天线可以接收两个频道的电视节目。其结构示于图3.11

天线可用8～20毫米的铝管或其它金属材料。假设所接收的高频道信号中心波长为λG，低频道信号中心波长为λD，那么折合振子的长度

B=0.95λG /2，振子宽度S1=0.02λG ;A=0.95λD /2, 振子宽度S2=0.02λD 。 振子的开口距离可取30-50毫米。引向器的长度D比B短5％， 即D=0.9λG ， 反射器l=λD/2

各振子间距离可取b=c=1/4λG ,a可取0.1～O.26λD 。

从图中可以看出，高频道的折合振子兼作低频道的引向器，而低频道的折合振子兼作高频道的反射器。所以高频道折合振子要装在低频道折合振子的前面。天线在高、低频道的阻抗都为300欧姆。 11 | Page 三、隔离滤波器

双频道天线的一个重要问题是，要用隔离滤波器将两个频道隔离，以避免两折合振子间的相互影响。下面介介绍两种隔离滤波器电路。

第一种隔离滤波器电路如图3.12所示。图中的电缆全部用75欧姆同轴电缆，电缆长度都是以电缆介质中的波长为单位。 在两个折合振子的馈电点，分别要用U形匹配器实现75欧姆电缆和300欧姆天线的匹配，图3.12中未画出,可以参考第五章。然后，两个折合子上的接收信号分别从引下电缆8和9送入隔离滤波器，见图3.12。

在分析隔离器的工作原理时，要注意各段电缆的下列特性：四分之一波长终端短路电缆和二分之一波长终端开路电缆的输入阻抗等于无穷大。而四分之一波长终端开路电缆和二分之一波长终端短路电缆的输入阻抗等于零。长度为半个波长，两端短路的一段电缆，在任何一点上，都在芯线和编织套之间具有很大的阻抗。

12 | Page 波长为λ2的信号，通过电缆9进入隔离滤波器,它在B点和C点没有反射，也不分流到接收波长为λ1的天线一边。原因如下:长度l6 =λ2/4的终端开路电缆6，在T点上将长度也等于λ2/4的电缆5短路。因此，在B点的电缆5的输入阻抗很大，不会造成分流，也不会因电缆5的存在造成反射。另一方面，终端短路，长度l1=λ2/2的电缆1使电缆3在A点短路而电缆3的长度l3=λ2/4，于是电缆3在C点开路，所以，波长为λ2的信号不会分流，能顺利进入电视机。

波长为λ1的信号，通过电缆8进入隔离滤波器。它在A点和C点同样不会产生反射，也不会分流。理由如下：两段短截线1和2，是在A点并联到来自第一副天线的电缆上，注意到电缆段l和2长度之和为λ1/2并且l和2的末端都巳短路，对λ1来说，在这段电缆上的任何一点，芯线和外导体之间的阻抗都很大，所以，波长为λ1的信号不会在A点产生反射。另一方面，适当选取电缆7的长度，使得相对于波长为λ1的信号来讲，组合短截线l7+l5在B点输入阻抗为零。例如，若λ1>λ2，可取l7+l5 =λ1/2，并使电缆7末端短路；对短截线4来讲，因为它在B点被组合短截线l7+l5短路，且l4=λ1/4，所以电缆段4在C点开路，这样波长为λ1的信号不会分流进入电缆4，而可顺利进入电视机。

另一种隔离滤波器电路如图3.13所示。全部用300欧姆扁馈线制成。图中短截线lG的长度为电缆介质中高频道信号中心波长的四分之一，lG接低频道折合振子。LD为电缆介质中低频道信号中心波长的四分之一，接高频道折合振子。其原理是：长度四分之一波长的短截线终端短路时，其输入阻抗为无穷大。

13 | Page 上面的双频道天线都仅适用位于同一个方向上的两个播送台。如果要接收两个不同方向的播送台，则可在同一根天线杆上，架设两副独立的天线，然后再用一根公共引下电缆将信号送入电视机。但要注意两电：首先，天线之间沿垂直线的距离应当不小于低频道中心波长的四分之一。其次，要用图3.12和3.13的方法安装隔离滤波器。

§3.7 八木天线阵

用多副八木天线拼阵，可以获得较高的增益和较尖锐的方向性，从而可明显提高信号抗干扰性。安装八木天线阵的一个重要问题是要注意馈电电缆的连接方法，必须保证各副天线同相馈电，必须保证阻抗匹配。

形成同相天线阵的若干副天线，在空间上可以沿垂直线分布，从而使垂直面内的方向图变窄；也可沿水平线分布，从而使水平面内的方向图变窄；也可以是既沿垂直面分布，又沿水平面分布，这时两个平面内的方向图都变窄。 天线阵的增益(G阵)与各天线之间的距离有关，立论伤可以达到 G阵= G单+10lgN (dB)

14 | Page 式中，G单为单副天线的增益分贝数，N为天线阵中单元天线数目。

同相天线阵中各层和各列间的距离，可以从结构方便的角度来选择一般在λ／2一λ的范围内，不应大于λ，否则，反而会降低增益。

在实际工作中，电波常常可以通过不同的路径到达同一副接收天线，这就是电波传播的多径现象。多径现象显然会影响到达阵列天线中各单元天线的电波相位，这是因为通过不同路径到达的子波之间会具有不同的程差。这种现象对提高阵列天线的增益不利，所以，一副在实验室已调好的阵列天线，架设在实际电路上时，可能会得不到预期效果。有时甚至会出现这样的现象，减少一个单元天线后的接收效果反而更好。在山区或高层建筑区最容出现这种现象。在这种情况下，要在现场重新调整单元天线之间的间距和各单元天线馈线的长度，使各单元天线的输出信号能在电视机输入端同相相加，以便得到最佳效果。有时，在适当高度上架设一副单元天线，其效果可能并不会比阵列天线差。所以，只有根据实际情况采取措施，才能挖掘一副天线的潜力。 一、双层五单元八木天线

它由安装在同一天线杆上的上、下两副五单元八木天线组成，见图3.14。当层间距离等于λ／2时，增益可达13分贝。 利用同轴电缆作成的匹配电路，将每层中各副天线的有源振子与引下电缆连接起来，如图3.15所示。图中U型匹配环的全长l1为二分之一波长，l3和l4都为四分之一波长。L3末端的芯线和外编织套要连接起来。当层间距为λ时，l2的长度为一个波长，当层间距为λ／2时，l2为半个波长。图中的l4要用50欧姆的同轴电缆制作。L4输入端的负载为37.5欧姆，输出端 15 | Page 阻抗为（50）2÷37.5＝70欧姆。图中的电缆长度都以电缆介质中的波长为单位。

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