从HF入门到DXCC——构建短波电台

CQ现代通信2021-06-08 16:03:37

从走进短波通联到DXCC这个话题需要更多时间去深入探讨,短波和DX活动只是众多HAM活动其中之一,虽然不是作为一个HAM非玩不可的内容,但我觉得不玩这个有趣的游戏是比较遗憾的。

我写出对短波通信的理解,希望能帮助还游离在短波门外的HAM走入短波的世界,体会坐拥世界的乐趣。受本人知识水平和经验的限制,难免会有谬误,望批评指正。

构建一个HF电台是很简单的,需要一部100W的收发信机和一套天线系统。天线系统包括天线、馈线和匹配网络。

收发信机

现在市面上新出品的收发信机都能满足全球通信的目标。有些更好的设计或是功能模块,主要是提供更好的接收微弱信号的性能。新HAM可能经常听到老HAM谈论过去使用的经典设备,那些老设备确实很值得观赏、回味。然而,对于日常使用来说,我们需要的是更为现代、可靠的电台。

什么功能构成了一部好的电台呢?扫描、存储和其他的花哨功能都不是成为一部好的HF设备的要素。听到微弱信号以及从收到的信号中分离出有用信号的能力才是一部好的HF设备的重要指标。

选择一部收发信机应该看的数字是:灵敏度(听到信号的能力)和选择性(分辨信号的能力),如果要克服周围的强信号,还需要考虑各种动态范围,这些是电台最重要的部分。

天线系统

天线系统包括:天线以及地网、馈线、匹配网络或天调。

1.偶极天线

偶极天线是最简单的短波天线,不管是用同轴电缆或开路平行线馈电,偶极天线非但便宜而且容易制作和安装。

上图长度最终需要修剪,修剪到大约是计算值的98%~95%,这是因为电波在导线中的转播比在真空中慢,存在所谓的缩短率。

由于发射机的输入端是不平衡的,而偶极天线是平衡天线,为了防止同轴电缆产生不平衡的辐射,可以在绝缘子的部分加上巴伦。这个巴伦不是必须的,如果没有发现干扰,可以不用。


2.八木天线

如果有条件,尽可能使用八木天线,即使使用12m高的普通2到3单元八木天线也会显著提高信号。但是八木天线架设比较麻烦,除了天线外观比较大外,还需要铁塔、旋转器等辅助设施。

八木天线有方向性,是靠方向性来集中能量获得最大的辐射,也靠方向性来提高接收的信噪比。八木天线的振子叫驱动振子,较长的振子叫反射振子,位于辐射方向的后方,较短的振子叫引向振子,在辐射方向的前方,引向振子还可以增加(更多单元数的八木),以提高增益,同时方向性更强。

八木天线和上面的偶极天线一样,对安装高度有要求,高度对辐射仰角影响很大。


3.直立天线(垂直地网天线GP)

很多新HAM对直立天线失望是因为他们不了解它的工作方式或没有认识到它的奇妙之处。直立天线是优秀的低仰角辐射体,1/4波长的直立天线需要好的地网,单波段的直立天线有4根架空地网就够好了。如果是放在地上的地网,至少需要12根1/10波长长度的导线才能达到一半以上的效率。直立天线的辐射仰角很低,适合于做远距离DX通信。

由于仰角比较低,而且在水平方向是全向的,周边环境的噪声就更容易被接收,所以直立天线在城市等干扰比较大的地方的噪声比较大,最好配合专门的接收天线使用。


4.环形天线

环形天线属于磁场型天线,受周围电场干扰比较小,所以接收噪声相对电场天线小不少。环形天线的方向性比偶极天线强,增益也比偶极天线大,辐射方向是垂直于环平面的,辐射仰角比同样高度的偶极天线低,比较适合做DX,但由于架设条件高于偶极天线,用环形天线的人相对少一些。

还有一种是小于1/3工作波长的所谓小环天线,其方向性是平行于环平面的,经常被作为接收天线用。

环形天线也可以像八木天线一样做成有引向反射器的多单元的形式(QUAGI),从而提高方向性增益和前后比,同样单元数的环形天线比八木天线更强大。


5.长线天线

真正的长线天线是指导线长度大于一个波长甚至多个波长的天线,有很强的方向性,但是通常讲的长线天线是任意长度的天线,需要用匹配网络来使长线于发射机匹配。虽说是任意导线,几乎什么地方都可以架设,但是尽量对导线的长度和架设方向做些考虑,长度太短的长线天线效率是很低的,比较好的选择是10m左右,配合天调可以工作在40~10m业余波段,80m波段和160m波段虽然效率低,但至少可以在这两个低波段通联了。

导线如果水平架设,那么离地面的高度不能太低,否则辐射仰角会太高,如果垂直架设,几乎等价于直立,有必要在天调的下面增加良好的地网以提高辐射效率。


6.匹配网络

如果天线的特性阻抗和收发信机的特性阻抗不一样,那么发射到天线的功率有一部分会反射回来,形成驻波。如果驻波比(SWR)太高有可能会烧毁发射机,通常来讲我们认为3以上的驻波比就比较危险了。为了匹配天线和收发信机的阻抗,我们需要用到匹配网络,天调就是常见的匹配网络。


7.馈线

我们主要讨论50Ω同轴电缆和平行传输导线,50Ω同轴电缆很普遍,也容易铺设,大多数设备都是50Ω阻抗输入输出的,所以对谐振的振子类型,可用50Ω同轴电缆馈电。

因为平衡,平行导线即使传输不在其特性阻抗上的信号时传输损耗也很低,所以当使用天调时平行导线对多波段偶极天线或环形天线馈电时整个波段都有比较高的传输效率。


完成HF电台系统构建后,我们就可以“On air”了。下一期我们将为您介绍如何进行DX通联。

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