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国内首款车载业余通信天线之玻璃耦合天线的设计制作思路

发布时间:2023-04-04 人气:1,098

国内首款车载业余通信天线之玻璃耦合天线的设计制作思路

车载业余通信天线之玻璃耦合天线二

国内首款业余频段的玻璃耦合天线

作者:BD7LAE

第一、天线设计强调系统,系统设计是一个有机组成部分,包括传播特性,局部环境条件,信噪比和带宽特性,天线本身的结构布局天线制作精度和易于安装操作性,不同的车载天线在移动通信的特征各有所长。

第二、同一种天线在车体安装位置不同,其辐射特性、阻抗特性有很大差异,很难给出一个相同的结论。

车载装备中,天线的安装成本可能大于天线本身,汽车科技的进步使得公差配合更加精密,过小的间隙让布线成为困扰,在此意义上,易于布线的玻璃贴附天线是优越的。

车载天线的设计重点

电气设计包含:

(水平全向的辐射波瓣、轻量化的结构、车体地网不引发畸变、足够的频带宽度、适当的辐射效率、收/发共用)

机械设计包含:

(振子的导电系数、常规耐侯性能、空气动力及风阻系数、车载安装后的通过性能、及易于操作和安装特性)

我选择了HAM玩家的小众的研究课题

制作车窗玻璃耦合天线,从最简单的单极板耦合天线开始制作,一路玩过来,单波段到双波段,制作这款天线的初衷,就是不喜欢使用最常见“夹边及吸盘”的安装方式,夹边安装天线,选择位置和车体布线的麻烦众所周知。

最常见的就是追求高效率选择较长的车载天线,为了保障通过性,只能选择较低的位置安装天线,受车体金属的影响,天线波瓣畸变,不能保障天线原有的性能。

好天线不如好位置,是HAM玩家的通识。

吸盘放置在车顶中央最好,充分利用金属车顶的地网效果,效率最高,吸盘的馈线安置不便,高速行驶的震动中容易磨花车漆,落锁离车忘记取下吸盘,防盗也是大问题,每次都收纳到后尾箱让人不厌其烦。

玻璃耦合天线馈线不用出车外,可以使用较好较粗的馈线减少损耗。

前次开发的单波段的玻璃耦合天线已经使用了几年,少量制作了一批分享给爱好者测试,实践证明性能可靠,实用性不错!

由于广东几乎没有V段中继台站的使用,所以制作的是U段单波段5/8结构玻璃耦合天线,部分地区内地的HAM要求制作适合当地条件的V段天线,但考虑到单V波段天线尺寸较大,玻璃黏贴的强度和安全系数有所降低,就放弃了单独制作纯V段玻璃耦合天线的念头,直接开发UV双段的作品,经过二年多的反复修改测试,新款玻璃耦合天线终于问世了。

双段的玻璃耦合天线的安装需要有一定的动手能力和测试设备,并不适合入门的初学者使用。

为了适应各种车辆的安装使用,双段耦合天线使用了玻璃内侧耦合部分可以调节的方式,二波段可以在天分仪的监测下分别调节145.00(V段中心频率)435.00(U段中心频率)同时谐振到调谐范围的的最佳状态,也可以忽略其中一个波段单独把U段或者V段的指标调到最佳。(如果不使用双波段也可当做是单波段天线调谐使用)

一条好的车载天线,不仅仅是驻波指标低这么简单,车辆款式不同,天线的安装位置不同,同一条天线就会体现出不同的效率指标。强烈建议安装位置是驾驶位前档玻璃的最高位置,天线底部是辐射最少最安全的(灯下黑)安装位置的确定很简单,内部确认馈线的走线方式,外部留意雨刮片的行程轨迹。只要不被雨刮打飞尽量接近车顶,充分利用车体高度和车顶金属的地网效应。

制作一款可玩性高的UV双波段玻璃耦合天一直都是我的兴趣和爱好。

双波段玻璃耦合天线在装车之前经过粗略的统调,安装时车窗玻璃内外侧需对位黏贴,一般简单测试驻波就可以正常使用,但指标可能会随安装位置的不同,发生偏移,前期单U波段的天线测试数据中已经有体现,单段天线的带宽大,中心频率稍有偏移,并不影响使用,但是UV双段的玻璃耦合天线,问题就会复杂的多,这个课题经过N多次的实验,已经有了较为接近合理的解决方案。

在天线的耦合座内加入微调装置,安装到车窗玻璃的合适位置后,借助天分监测谐振频点,用无感的螺丝刀可以微调到需要中心频率,天线的耦合极板设计成椭圆形结构,可以避开后窗的加热线,椭圆极板只需安装在二条加热线之间就可以避开影响。一般不建议安装到后挡风玻璃上使用,加热线对黏附的胶片有老化的风险,过多的导电加热线也会引入不可预计的指标变化。

强烈反对任何会阻挡安全驾驶视线的安装位置。

玻璃耦合车载天线最合适的位置是驾驶位前档玻璃的左或右上角,符合(灯下黑的辐射理论)而且尽量接近车顶最大面积的车身地网,使垂直极化的波瓣减少畸变。

在没有天线分析仪二波段同时监测的情况下,不可避免的会出现调好了V段指标,U段中心频率偏移,调整U段指标最好,V段发生变化的情况。天分同时监测二个频点的情况下统一微调分别使二个谐振频点达到最佳。(缺少设备和天线常识基础的新手请勿使用天线该,或者在老HAM的技术指导下调谐使用)

这款天线可玩性很高,对无线电的天线技术有一定要求。能够帮助新手更快的学习掌握天线的调谐理论和技巧,理论上外部振子的修剪和内部的微调配合,一定可以的到相当优良的指标。

温馨提示:

外部振子的修剪有风险,双段天线的修剪是有难度的尤其是V段,天线中部的加载线圈在V段时是加感,工作在U段时是倒相,不正确的修剪可能会导致二个波段物理长度匹配失谐。

车载鞭状天线的基本型是1/4波长的单极天线,辐射单元安装在基面,也就是车体,如果地面无限大,并且是理想的导体,由于地面的镜像作用辐射图和带宽特征与半波偶极振子天线相同,阻抗确只有一半(大约36欧)理论上垂直单极振子的方向性比半波振子大3dB,这是因为辐射功率只向地面的上部空间辐射,但由于地面是非理想导体,传导损耗较大,其有效增益通常低于半波振子的天线。

UV双段玻璃耦合天线工作在U段是5/8结构,V段是加感的缩短型结构,注定U段指标高于V段,只能是兼容使用。

学习过程中得到了众多老HAM的帮助,

BD7MB、BD7OE、BI7NTW、BH7JUO等好友的技术指导。

   

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