推荐一款体积小，频段宽，易于架设的有源天线——Mini-whi...
本帖最后由 BG0APD 于 2018-11-21 14:27 编辑1、MiniWhip概况上图是一个典型的MiniWhip天线架设图。它由以下部分组成：一根数米高的支撑杆，放在开阔的地方，顶上固定着MiniWhip有源天线。MiniWhip天线由一块小金属板（译注：小金属板即天线振子）和放大器构成，密封在塑料防水盒里，由同轴电缆引入室内的接收机。现在，我们先假设这根支撑杆是金属的，且良好接地；后面我们再假设支撑杆为绝缘体的情况会怎样。放大器是一个输入阻抗极高，而输出阻抗很低的射级跟随电压放大器，它将金属板获取的信号放大后通过50欧姆的同轴电缆传输到接收机。小金属板的作用是测量空中电场的电势。 2、无线电波电场的规律让我们做如下假设：支撑杆的长度比无线电波的波长要短很多，而且无线电波是垂直极化信号。这是合理的假设，因为长中短波的波长是比较长的，尤其是中波和长波，而支撑杆也就数米高；接近支撑杆的无线电波也往往是垂直极化的。但在短波高波段，这个假设就变得不太对头了，不过这也取决于支撑杆的长度。（译注：高波段波长在十米内，跟支撑杆的高度在同一个数量级了。垂直极化的无线电波在MiniWhip天线周边产生垂直电场，同时形成了等电势面，等电势面上的电势处处相等。MiniWhip天线的小金属板上的电势会等于它所在位置处电场的电势。放大电路不仅连接着小金属板，而且连接着金属支撑杆（译注：理论上，支撑杆是接地的，电路板上的“地”通过同轴电缆屏蔽层也是接地的）。更准确地说：MiniWhip放大电路的源信号是小金属板与支撑杆之间的电势差，放大后的信号通过同轴电缆的芯线和屏蔽层传输到接收机。换言之：接收机所接收到的信号就是经过放大的小金属板与金属支撑杆之间的电势差信号。
这个电势差信号有什么不同呢？且看下图，由于支撑杆是金属且良好接地，所以在支撑杆杆尖处的电势等于“地”，也就是零。而支撑杆周边的电场线在经过支撑杆的时候不得不被扭曲压缩了。https://img.alicdn.com/imgextra/i4/83452013/TB2Owf3nxPI8KJjSspfXXcCFXXa_!!83452013.png上图是由麦克斯韦方程组推导而画出来。图中下面黑色那根是接地的金属支撑杆，上面那个黑色小方块是MiniWhip上的小金属板。红色的线表示等电势平面，不同的线相对于“地”分别有不同的电势。假如“地”是0V，那么最底下第一根红色线是1 μV，往上一根是2 μV，以此类推。（译注：也就是说，电场线不会被接地金属杆吸收掉，而是以扭曲压缩的方式存在，这由麦克斯韦方程组理论推导而得，是有理论依据的。）
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本帖最后由 BG0APD 于 2018-11-21 14:28 编辑
3、支撑杆为绝缘体的情况当支撑杆为绝缘体时会怎样呢？这时由于支撑杆不是金属体，杆尖电势不再是零。MiniWhip的放大电路测量的是小金属板与“放大电路自己的地”之间的电势差。如果放大电路自己的地通过同轴电缆的屏蔽层可靠连接到了大地，那么，放大电路仍然测量的是小金属板与大地的电势差，与前述支撑杆为接地金属的情况一致。如果，同轴电缆的屏蔽层并没有可靠连接到真实大地，或者只是连接到“杂乱的地”（例如强电地线），那么这类地线上的噪音也会被MiniWhip的放大电路放大后送进接收机。可见，接地是极其重要的。如果用光纤代替同轴电缆来传输MiniWhip放大后的信号，由于光纤杜绝了所有的电气噪音，会不会使得传送到接收机的信号十分理想呢？其实不然。因为没有了导体连接放大电路的“地”，小金属板上的电势与放大电路上所有地方的电势是一样的，没有了电势差，没有信号可放大，整个MiniWhip天线失去了意义。PA0RDT大神最近按照这个想法做过试验（译注：即用光纤传输信号），确实，什么信号也收不到。4、无线电波的极化方式PA0RDT做了另一个有趣的研究，不把MiniWhip天线垂直安置，而是伸出窗外，水平放置，同样用同轴电缆引进室内的接收机。他发现接收效果跟垂直放置的时候一样。乍看起来，这个天线似乎并不在乎极化方式，它横竖怎么摆放都可以。但认为它不在乎极化方式却是错误的。不管支撑杆是否金属，放大器放大的源信号都是小金属板相对于“大地”的电势，只不过是相对于金属支撑杆这个直接的“地”，还是透过同轴电缆屏蔽层绕个大弯过来的“地”之间的区别而已，对于放大器来讲，两种情况效果是一样的；但这“绕个大弯的地线”，长度要比接受信号的波长短很多才好。（译注：亦即，如果同轴电缆过长，其长度与波长接近时，接收效果会变差。换言之，同轴电缆过长时，天线在低波段接收效果几乎不变，而高波段效果变差。）5、振子用小金属板好还是用鞭状导线好很多有源天线用的是一米长左右的鞭状导线做接收振子，而MiniWhip却是用一块小金属板，这是MiniWhip天线区别于其他天线的核心技术。假如我们用鞭状导线做振子，那么振子同样也是测量它所在空间位置的电场电势，只要振子长度没有长到跟波长差不多，对接收并没有多大改善。接收振子的形状大小对另一项参数却有重要影响，即振子的分布电容。鞭状振子每米长度大概有10 pF电容，其粗细也会轻微影响电容大小。小金属板每厘米直径大概有0.35 pF电容，其电容大小与直径成比例，而不是面积。我还找不到一个合适的方程式来拟合矩形小金属板的电容大小，但可以估计出一个典型的MiniWhip小金属板的电容大约为2 pF。振子电容的大小十分重要，因为放大器输入端与振子形成电容分压，如果振子电容太小，会使得输入放大器的信号电压也变小（译注：放大器输入端电容应该是指晶体管输入端结电容）。6、方向性在讨论天线的方向性之前，先科普一下典型天线的电磁场是什么样的。如上图，一个垂直极化的天线发射的无线电波（译注：图上是个竖直放置的标准DP天线），在距离天线很远的地方（即远场），电场线是垂直方向（红色线），磁场线为水平方向环绕天线（蓝色线）。
上图也画出了坡印廷矢量（绿色线），坡印廷矢量指明了电波的传播方向，它可以由左手定则判定。如何使得一个接收天线在某个方向比其他方向更灵敏？理论上讲，假如天线刚好与坡印廷矢量一致，那么天线就能达到最佳灵敏度。但不幸的是，天线实际上对坡印廷矢量并不感冒，而是对电场线及磁场线有反应。一个天线要对方向敏感，最好的方法是在不同的位置感应到无线电波，比较出电波相位的不同，例如八木天线就是这样工作的：电波先抵达引向振子，然后才到达馈电振子。（译注：八木天线一般还有反射振子，引向振子和反射振子分别感应电波的不同相位，使得馈电振子接收的信号翻倍。）但是，对于小尺寸的天线却不一定了。当天线的尺寸比电波的波长小很多时，一个波长内的电波几乎同时到达天线的任何部位，天线并不能感应出电波相位的差别。7、小尺寸天线的方向性对于小尺寸天线而言，想要考量其方向性，唯一的可能就是跟着电场线或磁场线的方向走。但再次非常不幸，电磁场线传播到天线的时候，其方向已经乱套了。（译注：长中短波信号要么地波长距离衍射，要么电离层多次反射，其极化方向会变得不可预测。）相反地，磁场方向就有用的多了。假如发射信号在我们的西边，那么磁场线就是南北走向的。再假如发射信号在我们的北边，那么磁场线就是东西走向的，而当发射信号在我们的南边，磁场线也是东西走向的，只是方向相差了180度。也就是说，对于垂直极化的磁场信号，我们可以通过接收到的信号来判断它来自哪个方向，尽管有180度的不确定性。就如收音机里的中波磁棒天线一样，它是有方向敏感性的，但转动180度后，接收效果是一样的。80米波段的测向机也用了一根磁棒来确定测向信号的磁场方向，为了解决存在的180度不确定性，测向接收机通常加了根鞭状天线来感应电场方向。如前所述，电场线并不能告诉我们信号的方向，但它能在依靠磁棒天线确定大体方向之后帮助我们解决那180度不确定方向的问题：判断电场方向与磁场线是否同相位即可。DF6NM设计的一种测向机有两根互相垂直的磁棒，外加一根测电场的鞭状天线，可以直接在图形上指示出信号方向。以上所有的结论均假设无线电波是垂直极化信号，当无线电波是水平极化时，所有的结论均相反：磁场线是垂直的，不能用于判断信号方向；电场线是水平的，可以判断信号方向，但有180度不确定性。 8、MiniWhip的方向性上面谈论了小尺寸天线的方向性，那么对于MiniWhip天线而言，结论会怎么样呢？我们已经知道MiniWhip天线只接收垂直极化的电场信号，而且它的尺寸比波长小很多，唯一的结论就是：它也是没有方向敏感性。然而，MiniWhip对来自头顶方向的信号却毫无反应。因为这个方向的无线电波的电场线和磁场线都是水平方向的（译注：参看图3，相当于坡印廷矢量向下），并不能在天线位置产生出电势差。从我设置在荷兰特温特大学的WebSDR接收机可以看出，经常有荷兰的Ham友抱怨这个WebSDR接收荷兰境内的80米波段信号很差劲，其实原因就在于这个距离左右的80米波段信号经过反射到达WebSDR天线的时候几乎是垂直方向了。许多朋友建议，为了接收头顶方向的信号，在小金属板一端再接个水平方向的金属板（译注：即做成L形状的金属板）。但这并没卵用，MiniWhip仍然只是测量它所在位置与大地之间的电势差。而对于来自头顶方向的电波信号，能产生的电势差为零。
9、结论1、MiniWhip是垂直极化的。2、接地非常重要。如果天线只是通过同轴电缆接到了电台的地，会引入噪音。但“地”并非一定要能流通的地线，不与大地连接的虚拟地也是可以的，只要金属部分足够大，以满足放大器输入端输入电容的需求。3、接收到的信号强度与天线离地面的高度成正比，但高度要比波长小。4、支撑杆是否金属无关紧要。但如果支撑杆是金属的，那么MiniWhip天线要放置在支撑杆顶上方适当位置，而不能放置在杆身旁边。5、MiniWhip天线接收是全向的，除了头顶方向之外。 6、小金属板的形状和摆放方向是无关紧要的，即使用鞭状振子也如此。资料来源网站复制到浏览器中打开哈罗CQ火腿社区 - 天线和铁塔 - 有关PA0RDT Mini-whip天线放大器的制作 - Powered by phpwind
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http://www.dl1dbc.net/SAQ/Mwhip/pa0rdt-Mini-Whip.pdfhttp://www.arimodena.it/progetti/mini-whip/doc/article-pa0rdt-mini-whip.pdfhttp://dl1dbc.net/SAQ/miniwhip.htmlhttp://owenduffy.net/antenna/PA0RDT-MiniWhip/http://myweb.tiscali.co.uk/wgtaylor/grabber2.htmlhttp://websdr.ewi.utwente.nl:8901/qrt.htmlhttp://www.pa3fwm.nl/technotes/tn07.html https://wenku.baidu.com/view/9823d04c01f69e3143329464.html
使用了贴片阻容，使用了微波专用晶体管，偏置也重新调整过来。工作在100KHz-450MHz也有良好效果。 技术贴，顶！ 第一级要24ma吗？ lzzrx 发表于 2018-11-21 11:45
第一级要24ma吗？
参见原文 本帖最后由 BG0APD 于 2018-11-23 09:48 编辑
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