Quad Antenna 自製方形定向天線/VHF 145MHz

hinojimmy

上篇文中.....
https://www.radio.club.tw/forum.php?mod=redirect&goto=findpost&ptid=15878&pid=315094&fromuid=1766
想做看看方形定向天線VHF 145MHz, 開始訂材料.
1. pve水管 管徑50, 為主桿 110cm *1 支,   
2. 玻纖桿 7mm *8支
3. 硬銅裸線2.5mm平方 10M
4. 箭尾*8
5. 透明塑膠軟管若干

透過網路上的資料, 再經過4nec2軟體計算,
1. 4nec2 主要資料畫面

2. 設計草圖數據


3. ˋ4nec2 3D完成示意圖





4.  4nec2 史密斯圖



5. 4nec2 SWR駐波比圖
  看似完美144-146波段, SWR 1.2 以下的夢幻



材料到齊後, 開工動手做, 一天輕鬆做, 完工!!


上圖是網路上抓的圖, 8分神似, 但不是我做的




下面的完工 測試
對面大樓和天線一樣高度!








天線分析史密斯圖


SWR 圖  重點在主頻率最低點落在143左右,  142--145.5均在SWR 1.5以下
可惜145.50以後, 猛然高飛了!


4nec2數據上, 主頻率雖然設定在145, 卻變成143, 可能設定上要重新斟酌.

測試使用上正常!!

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第一次使用定向天線, 在測試的時候,  有些疑問??
定向天線是否很容易被大樓阻擋, 因為我某方向測試收訊時,
有大樓的方向時, 車天線收遠方訊號時, 常常比定向天線好!
沒大樓方向時, 方形定向天線, 有時會突然比車天線收訊增加4-5(使用車機)格收訊.
所以不知道這情形是正常嗎, 這DIY Quad Antenne 方形定向天線成功嗎??


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2021/10/10  補充.
收訊台南友台, 車天線收得到, 方形定向天線收不清,
收訊還是沒車天線好, DIY 這天線, 沒我預想的成果!  繼續努力............................

hinojimmy

今天Quad Yagi Antenna-菱形天線-測試.

1. 菱形天線(自製),架在家裡窗台邊,  2米5D電纜線
2. 車天線SG7700,架在大樓頂樓(測試臨時安裝), 30M 8D 電纜線
3. 測試車機 Kenwood V708A
4. 同軸切換器(切換比較收訊格數)

我在高雄左營收發
台南南區友台 & 台南關廟友台 (手動調整方向)
菱形天線 收訊格數顯示多於車天線3格以上

5w發射, 友台滿檔抄收. 測試收發, 尚屬滿意!

bv3fg

1. 謝謝你對貼圖的回覆，看來還是有不明的暗黑力量。

2. 看來弄對極化面就是收發改善的主因，因為微調諧振及調整阻抗對增益不會有決定性的影響。

hinojimmy

bv3fg 發表於 2021-10-18 16:23
水平、垂直，是以地面為參考體對方向的描述。

輻射場形，是電波強度與輻射方向做圖。

OM您好!

針對您提到貼圖或附件, 我沒看過您提到的選項??!!



可能會員等級不同, 您才有的選項!



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相信你應該知道，若將汽車天線或木瓜水平架設，收發效果會很差，因為別人都是垂直偏波，
而你是水平偏波。你目前的 Quad 是水平偏波，就等同於將汽車天線水平架設。

感謝詳細解說, 現了解V/UHF地面傳遞波, 垂直偏波, 大家都垂直偏波, 極化一致, 收發才有好效果!
饋電點已經移到側邊, 已是垂直偏波.
31公分間距也改成41公分,
有感覺收訊變好, 和車天線比較(之前收訊, 沒車天線優) .
天線橫梁變短, 尾部不見了, 支撐桿得改變位置, 應該沒有影響.

bv3fg

水平、垂直，是以地面為參考體對方向的描述。

輻射場形，是電波強度與輻射方向做圖。

偏波面(極化面 polarization)，是指電場的方向。交流電流在導體中流動，而電場與電流同向。若導體垂直於地面，電流垂直於地面 ==> 電場垂直於地面 ==> 垂直偏波。而導體中的自由電子若感應到電場變化，則會產電流，所以導體與電場同向會有最大感應量，若與電場垂直則無感應。

做一個想像，所有人都在地平面上，
你站在一個中心點上下揮動旗子，在各方向的人透過垂直的狹縫都可看到你完整的擺幅，透過水平狹縫只能看到旗子瞬時通過 ==> 垂直振子的均向輻射特性，相同極化面才有最大感應。
你站在一個中心點，在南北向水平揮動旗子，在各方向的人透過垂直的狹縫都只能看到旗子瞬時通過，在各方向的人透過水平的狹縫都可看到你旗子來回的揮動，但是只有正東、正西的觀察者看到最大擺幅，越往南、越往此的觀察者看到的擺幅越來越小，正北、正南的觀察者只看到旗子，他感覺不出擺動這件事。 ==> 相同極化面才有最大感應，水平振子有方向性。

HF 波段，電波靠電離層及地面多次折射、反射傳播，電離層的濃度分佈時時不同，電波極化面在傳播過程會被不預期偏折，發射方雖然以某種偏波方式輻射電波，但是到接收地有可能是水平、垂直、斜的，也可能這一分鐘是水平，下一分鐘變垂直，因為變來變去，不可預期，全憑時機運氣，所以收發雙方不要求極化面一致。V/UHF 通訊主要為直接波及地物反射波通訊，地物主要為垂直、水平的建築物，不太會改變極化面，所以大家極化面一致才有最好的收發效果。V/UHF 通訊一般為數十公里內不特定方向的通訊，因此垂直型簡單天線均向輻射的特性就成為基準，即垂直偏波為 VHF/UHF 的常規。相信你應該知道，若將汽車天線或木瓜水平架設，收發效果會很差，因為別人都是垂直偏波，而你是水平偏波。你目前的 Quad 是水平偏波，就等同於將汽車天線水平架設。

如果指定 quad 形狀為菱形，且饋電點在下方，水平偏波的輻射場與垂直偏波的輻射場，肯定是有很大的差異。如下圖所示，我將兩種饋電方式各自的水平、垂直偏波分別畫出，可看出同一種饋電方式垂直、水平的場形差異很大，但是不同饋電方式最大的場的形狀是相近的(但其極化方向不同)。所以應該是你對軟體操作或對於軟體輸出的結果有認知上的錯誤所致。





此外，請幫忙解答一個問題：貼附件或圖片的時要點選什麼，讀者『不需登入』就看得到，我是比較喜歡這種方式，。但是我貼的東西，有時候不需登入就看得到，有時候一定要登入才看得到，搞不清楚關鍵在哪裡。

PS：這篇回覆 10/18 凌晨寫好但尚未貼出，剛剛看到你已經先動手調整了，請問：饋電點位置已經移到側邊的角了嗎？

hinojimmy

bv3fg 發表於 2021-10-16 04:27
調整 Yagi 變化最明顯的 3 個參數：輻射體的長度、 輻射體與反射體的間距，輻射體與第一導波體的間距。

1. ...

調整 Yagi 變化最明顯的 3 個參數：輻射體的長度、 輻射體與反射體的間距，輻射體與第一導波體的間距

這收到學習了! 長度, 間距.


這張圖片正如您所說, 一開始看以為是方形, 而不是菱形.


饋電點, 本想說左右也好, 下方也可, 但不知道會影響多大,
天線場型, 後輩愚昧, 為何我看起來垂直和水平差不多呢?



2. 有關 Cable 是否要繞到天線外面
已經改變過, 好像前後比較差異不多!


3. 有關駐波最低的點在 143 左右
如您所提, 建構天線時, 雖然預定建構的數據寫在那邊. 但要裁切時,
例如(12.53cm).....這種公分以下的切割, 還真的是很大概12.5, 甚至還不是12.5(用捲尺超不準的)就裁了.加上饋電點的固定, 似乎也會跑掉應該要的數據, 這我再來確認測量一次.
----------------------------2021/10/18補充
經過再次裁短一點饋電點, 原來似乎長了快1公分, 儘量縮短後, 太緊繃太緊會造成玻纖桿彎曲變形,
縮短後, 駐波比測量波段仍是中心點停在143.00, 145.50起飛SWR2.0以上

31cm，如果變為 41cm 似乎比較好
感謝建議, 下次修改測試完再報告上來!
----------------------------2021/10/18補充
31-41cm, 更改完畢, 天分儀測量沒啥差異太大, 唯獨感覺收訊變好了,
原本使用的車天線收不到的, 這Quad antenna可以抓到, 當然這不是360度全向性的天線, 必須某方向抓到訊號!
手機1w, 左營到小港(約15km), 友台收滿(視條件而不一定), 收發都ok!





感謝OM, BV3FG提供詳細分析解說, 會再對這首支diy -- Quad Yagi Antenna--進行調整.

bv3fg

調整 Yagi 變化最明顯的 3 個參數：輻射體的長度、 輻射體與反射體的間距，輻射體與第一導波體的間距。

1. 有關收訊不好的問題 ==> 饋電點在下方，所以目前為水平偏波。
你把饋電點放在菱形的最下面，這是水平偏波。饋電點應該要在左側或右側的角，才是垂直偏波。
<<上圖是網路上抓的圖, 8分神似, 但不是我做的>> 這張照片，因為拍攝角度的關係，很容易空間迷向。注意看它的立桿與十字架線棒及 Cable 的走向， 你就會發現它的饋電點就是在菱形左或右側的角。
下面 6 張圖是 Loop 饋電點與場形的關係，藍色線是水平偏波的場形，紅色線是垂直偏波的場形。(軟體使用 MMANA-GAL Basic，模擬條件為 Free Space。圖片右下角的文字及天線饋點是我註記進去的，非軟體原生畫面)
小結：不管是方形或菱形架設，在上下方饋電為水平偏波，在左右側饋電為垂直偏波，在 45 度位置饋電則水平與垂直偏波兼具，但各有不同場形。














2. 有關 Cable 是否要繞到天線外面
理論上，Cable 繞到天線外面，可避免不預期的效應。實務上，若與偏波面垂直或位於電場互相抵消的位置則影響不大。以你目前的架設，為水平偏波，第一段 cable <<從饋電點沿架線棒到主桿>> 為垂直向，與水平偏波垂直；第二段 cable <<沿主桿到反射器後方>>則與水平偏波垂直，也與垂直偏波垂直；第三段 Cable <<沿立桿往下>>，因為已經在反射器後方，影響不大。若將來你將饋電點移至左側或右側(垂直偏波)，第一段 cable 則變成水平向，也是與偏波面垂直。 ==> 所以這樣 ok

3. 有關駐波最低的點在 143 左右
3.1 我將你的尺寸輸入軟體也跑了模擬，得到的結果差不多。你實做的線型與模擬相近，只是中心不如預期，其實已經做得不錯了。
3.2 VHF 以上的天線對於尺寸很計較，例如 145 與 146 波長才差 14mm，使用接線端子、Cable 剝開延伸出來的部份，都算是有效長度，如果未考慮進去就會變太長。電線搭接焊接，則有重疊部分，如果未考慮進去就會變太短。建議你要檢查丈量一下實際完工尺寸。
3.3 目前你的反射器與輻射器的間距為 31cm，如果變為 41cm 似乎比較好。
下面有 4 張圖，前兩張是依你目前尺寸模擬出來的阻抗與SWR，下面兩張是間距變 41cm 的阻抗與SWR。

↓原尺寸阻抗


↓原尺寸 SWR


↓加大間距阻抗


↓加大間距 SWR

張小毛

Return Loss 可由SWR 換算....  RL=20*log10[(VSWR+1)/(VSWR-1)   (基本上跟增益無關 )

>>> 4nec2數據上, 主頻率雖然設定在145, 卻變成143, 可能設定上要重新斟酌.
應該是實際銅線沒有像模擬軟體般的"筆直",  實務稍長, 導致 頻率偏低一些.

>>> 收訊台南友台, 車天線收得到, 方形定向天線收不清,
試試旋轉一下主桿, 改變一下電波極化方向, 看看是否有改善, 理論上要比一般車天線好

>>> 還有給電饋線直接往下垂 可能比較好
確實, 饋線在輻射場裡面, 會影響...
或許可以也一併放進去模擬...

chih0714

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r0170226

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