自製 10dbi 小型高增益天線, 不到 nt200

[mylcq]

山賊兄：前面談的問題主要是在無源條件下，采用什麽方法能夠調整天線在不同頻率下的相位和仰角。
如Baby loop 天線在入/4和3入/4加電感後（按照頻率所需電感量），在14MHZ-21MHZ以上是高仰角，而在7MHZ-14MHZ是低仰角，其相位調整的規律和計算式能不能找出一個計算方法。

[山賊]

推公式? 那是大工程耶! 我已經離開學校很久了......

基本上各種天線都可推出一套適用的公式出來, 但某種天線的公式, 並不全適於套用在另一種天線上; 您若要問我為何 baby-loop 在高頻段仰角高, 低頻段仰角低, 這我可以解釋; 但若要我推公式......, 請饒了我的腦袋......@@"

[huashin]

我也要 試試看
[email protected]tw

[mylcq]

山賊兄：baby-loop 在高頻段仰角高, 低頻段仰角低, 請解釋一下並請提一個如何將baby-loop 調整低頻為高仰角,高頻為低仰角的具體方案行嗎?

[山賊]

原本在悄悄話中說要幫您挖我十餘年前寫的, 內含相關式子的天線向量合成那個程式, 剛已確定儲放的那顆硬碟 Maxtor 7120A 壽終正寢, 待明日我下班, 翻翻看家中另一部電腦, 看當初備份的映像檔還在不在; 剛上網蒐尋, 可以用 ghost explorer 直接讀取映像檔內的檔案, 嗯! 應該還有希望.....^_^"

這邊先用文字解釋一下, 您把 baby loop 分解如下成兩部份:

　　＋－－－　　　　－－－＋
　　｜　　　　　　　　　　｜
　　｜　　　　　　　　　　｜
　－ｏ　　　　　　　　　　｜
　　　　　　　　　　　　　｜
　－ｏ　　　　　　　　　　｜
　　｜　　　　　　　　　　｜
　　｜　　　　　　　　　　｜
　　＋－－－　　　　－－－＋

左半部及右半部都視為各自獨立的有源天線:

　　｜　　　　　　　　　　｜
　　｜　　　　　　　　　　｜
　　｜　　　　　　　　　　｜
　　ｏ　　　　　　　　　　ｏ
　　ｏ　　　　　　　　　　ｏ
　　｜　　　　　　　　　　｜
　　｜　　　　　　　　　　｜
　　｜　　　　　　　　　　｜

在您的天線模擬軟體上定義此兩條天線, 相距 1/4入, 左邊輸入相位 0 度, 右邊則輸入相位 0 ~ 315 度每次增加 45 度的波源, 重複觀察波束方向, 再增減天線間距以重復觀察, 便可以發現合成波束方向是可以隨您操縱的..

那麼再變更輸入頻率, 相同地變更條件項目觀察, 在特定的天線間距, 會有您所期望的結果(低頻為高仰角,高頻為低仰角)..

此時依所獲得的間距, 嘗試重新構建 Baby loop, 變更線 a 與 b 的長度以模擬之前的天線間距..
　　　　　ａ
　　＋－－－－－＋
　　｜　　　　　｜
　－ｏ　　　　　｜
　－ｏ　　　　　｜
　　｜　　　　　｜
　　＋－－－－－＋
　　　　　ｂ

應該會獲得您所要的..
此時要注意的是天線阻抗特性的變化, 必要時在輸入端施加補償..

不過基本上與其利用頻率(波長)的變化來獲得波束方向變更的早期做法, 倒不如利用向量合成方式去控制波束方向, 也不需變更頻率..

[mylcq]

山賊兄:我看了您的帖子後能不理解爲:baby loop antenna 的仰角調整應從調整該天線A B兩點的距離或長度著手,或從軟體仿真中去尋找波束方向變化,來掌握天線的相位.具體方法爲:
1、垂直天線（ＧＰ）屬低仰角，ＧＰ天線波束通常爲２０∼５０度，采用物理方法壓低ＧＰ天線使其天線波束調整爲５０∼８０度來達到低仰角。
　２、baby loop antenna 屬于高仰角天線，是不是也可以調整天線的仰角來達低仰角的目的，
　３、采用電感的方法來調整天線的仰角，比如高頻電感在不同頻率其電感量不一樣，其圈數是否決了天線的相位，相位與仰角有什麽關系嗎？？

[山賊]

天線輻射方向角度的調整, 有機械式及電氣式兩種, 機械式就如同您所說那樣, 將天線傾斜以獲得所需的輻射方向角, 電氣式就是控制天線各部幅射元件的輻射相位, 來達到所需合成波束方向的要求..

底下以兩組 dipole 來說明如何以相位來控制天線波束方向:

如圖兩組 dipole 以側面觀察之, 相距 d, 各天激勵相位, 以參考點 P0 為 0 度, 另一為 P1



　　　　　　　　　Ａ






Ｄ　　　。　＜－　ｄ　＞　。 　　　　Ｂ
　　　　P1　　　　　　　　P0




　　　　　　　　　Ｃ



先以文字描述該組天線輻射波形, 因從側面觀察, 各單組 dipole 從螢幕前的您來觀察,
均為圓形, 也就是說單組 dipole 往整個螢幕平面為均等輻射(垂直方向的輻射圖),
故各個天線其在垂直面上的輻射方程式 F(p,S) = A, A 為常數, 若兩天線分配功率不同, 則分別以 A0,A1 表示之....

假設 P1 及 P0 相位相同, , 相位差 P = 0, 則在上方 A 及下方 C 的無限遠方, 兩組電波相位相同,
獲得最大輻射(輻射方向); 觀察左右側無限遠方, 兩組電波相位差取決於距離 d / 入,
譬如 d = 入, 則左 D 右 B 無限遠方獲得同相位的兩組電波, 一樣獲得最大輻射,
但倘若 d = T / 2入, T 為奇數, 則左 D 右 B 無限遠方獲得反相的兩組電波, 獲得最小輻射..


假設波源 P1 與 P0 相位相反, 相位差 P = 180 度, 以徑度表之為 pi , 則在上方 A 及下方的 C 無限遠方, 兩組電波相位相反, 獲得最小輻射; 觀察左右側無限遠方, 兩組電波相位差取決於距離 d / 入, 如 d = n * 入, n 為正整數, 則左 D 右 B 無限遠方獲得兩組反相的電波, 一樣獲得最小輻射, 但倘若 d = T / 2入, T 為奇數, 則左 D 右 B 無限遠方獲得同相的電波, 獲得最大輻射..


因此在左右無限遠方的合成電波為 A0 + A1 * sin((d/入)*2pi+P)



而在 AB, BC, CD, DA 的方向, 以 AB 方向為例, 波源 P1 經過路徑 L = d * sin(S) 到達平面 K, 兩組電波從平面 K 到達遠方為等距, 也就是說相位的差異, 取決於 p1 多走的路徑 L ; 到達平面 K 若為同向則在該方向上獲得最大輻射, 若為反相則為最小輻射..


　　　　　　　　　Ａ

　　　　　　　Ｋ
　　　　↑　　　@
　　　　｜　　　↗@
　　　　｜　　↗　　@
　　　　｜Ｓ↗Ｌ　　　@
　　　　｜↗
Ｄ　　　。　＜－　ｄ　＞　。 　　　　Ｂ
　　　　P1　　　　　　　　P0




　　　　　　　　　Ｃ

因此我們可以推演出這兩組天線的合成波束式子為:

其中

pi=3.141592654 為圓週率.

S = s / 180 * pi, s 為度數 0 ~ 360, S 為換算後的徑度.

兩組天線波源激勵相位各為 p0 及 p1 且為均等輻射, 相位差 p = p1 - p0, 一樣以徑度換算為 P = p / 180 * pi..


得在各方向上的相位合成輻射方程式為:

F(P,S) = A0 + A1 * sin ((L / 入) * 2pi + P)

因在各角度方向的路徑差計算式為 L = d * sin(S), 得

F(P,S) = A0 + A1 * sin (((d * sin(S)) / 入 ) * 2pi+ P)

您可以將它程式化以極座標的方式繪出輻射圖, 角度順時針從 s = 0 到 360, 強度就是 F(P,S)..

其中若各個天線在各角度本就會有不同的輸出變化, 則以該天線在各角度的輸出函數代替 A0 與 A1,
此處因為是探討水平極化天線的輻射仰角, 故可以在觀察垂直輻射圖時以等向天線視之..

從此方程式我們可以知道適當調整兩天線激勵相位差與調整距離 d, 可以控制所需輻射波束方向,
當距離 d 固定, 則可單以調整兩天線激勵相位差來達到控制波束方向..

同理, 從式子中可以發現, 當兩天線以之前所討論的 loop 型態相接時, 若距離 a b 短於所使用最高頻率的 0.5 波長時而被固定時(不考慮導體波長縮短率),
所使用波長越長, 因為距離 d 相對於使用波長所產生兩分離天線的相位差越小, 故波束越往上, 也就是低頻仰角高, 高頻仰角低..

[mylcq]

山賊兄:非常感謝您的指導,從理論上我得到了啓發,在實踐中有人做了個相位變換尾巴來調整天線的相位,您能具體指點一下相位變換尾巴調整相位的原理嗎???

[山賊]

可否就您所說的 "尾巴" 繪個示意圖, 因為有時候對相同的東西, 有著不一樣的形容名詞.........^_^"

[mylcq]

山賊君:"相位變換尾巴"這個詞源自http://www.qsl.net/bv3f/及http://home.kimo.com.tw/bv3fg.tw/ant/multi.htm
《水平與垂直天線如何選擇》( reversing stub) 在變相位的垂直天線上稱之爲（phased verticals)bv3fg他做了一個圖我沒看懂，有點像您在前面講的：在饋點後加入４饋線來進行調整相位的，不知是不是？