【火腿DIY】如何构建用于短波接收的无源谐振变压器耦合环形天线 | 手把手教系列

首先，值得肯定的是，小环天线的性能是非常强悍的，其性能接近全尺寸偶极或者垂直天线。这为很多空间受限的爱好者提供了在家操作业余电台的可能。 短波由于巨大的天线经常让很多爱好者望而却步，确实，40米波段的全尺寸偶极天线的长度为20米。国内的爱好者不同于国外，多数生活在城市中，架设如此庞大的天线成了难题。小环天线无疑是一种折中的选择，但是要注意的是，钢筋混凝土的建筑物对无线电信号屏蔽很厉害，小环天线在室内使用效果会大打折扣。还有就是，室内的金属物，钢筋混凝土的墙壁对信号的反射会使信号变得非常复杂，小环是个好天线，但是在室内其性能却难以施展。放在阳台上是没有办法的办法，解决了天线有无的问题，加之方便携带，可以去野外架台使用。 小环天线的辐射电阻很低，为了提高效率，要使用较粗的振子，串联谐振电容的损耗也必须考虑。使用中要注意安全，100w的发射功率会产生几十安的电流，在调谐电容器上产生的电压高达10000V。还有就是小环的Q值非常高，这决定了它的工作带宽非常窄，频率变化超过5 khz左右就必须重新进行调谐，这也带来了非常好的信号选择性。 Bob Colegrove分享了他关于制作无源、谐振、变压器耦合环路（PRTCL）天线的出色文章：《DIY：如何构建用于HF接收的无源谐振变压器耦合环形天线》

用于短波的无源、谐振、变压器耦合环形天线

文：鲍勃·科尔格罗夫（Bob Colegrove）

多年来，我一直抵制在制作室外天线上的无谓努力。相反，我把精力专注于将信号聚集在室内进行接收。多年前，我可以自由进入藏书丰富的工程类图书馆，并利用自己的优势收集有关环形天线的理论和研发的信息，这对英语专业的我来说是一项艰巨的任务。最终，通过遵循一些基本规则（其中一些规则可以追溯到100年前），我发现室内无源天线仅与几平方英尺的电磁能量相交就可以达到相当令人满意的性能。

天线理论

相对于非谐振环形天线，谐振环形天线有两个优点。首先是当您到达共振点时信号急剧增强的事实。第二个优点接着第一个，因为共振提供了一个自然的带通，可以抑制较高和较低的频率。这为接收器提供了一个有利的开端，可以减少互调或其他虚假响应。这些天线共通的缺点是，根据设计，谐振环路天线是一个窄带天线，每当接收器频率变化几kHz时，就必须重新调谐。另一方面，当您随便从这些天线拿起一根并知道何时调谐时，您所看到的S表和听到的声音并没有什么比这更有价值的了。

这里介绍的环形天线没有什么创新的内容。这只是我能够收集和应用信息的提炼。整个文献中有很多重复的观点，其中之一是环形天线“有效高度”的方程式。它基本上归结为“ NA乘积”，其中N是环形天线中的匝数，A是它们绑定的区域。换句话说，为线圈提供尽可能大的电感。不幸的是，对于谐振环形天线，最大线圈尺寸随频率而减小。

由于存在电感限制，因此要使谐振频率公式中的不可用电容最小化，以使电感/电容（L / C）比率达到最高，就成为了挑战。一些无法使用的电容以分布电容或线圈匝之间的自电容的形式内置在线圈本身中。这不能完全消除，但是可以通过将线圈绕成扁平螺旋而不是螺线管来缠绕，并使各匝之间保持良好的间距来将其最小化。

第二招是使用可变电容器。即使板完全打开，仍有大约10到20皮法拉的剩余电容不能用于调谐目的。一种简单的解决方案是串联插入一个电容器，约为可变电容器最大值的1/4。这有效地减小了最小容量并扩展了较高的频率范围。为了恢复可变电容器的整个工作范围，可以通过“频带开关”旁路固定电容器。串联电容器短路后，可变电容器将在其正常范围内工作，并将覆盖范围扩展到低频。

枯燥无味的理论，接下来动手DIY

天线施工

我制作了类似的环形天线，涵盖了长波，中波和短波，一直到大约23 MHz。我想针对短波频谱中最活跃的部分优化此环形天线。因此，它覆盖大约2.6至12.3 MHz。参见图1。

图1. 用于短波的无源，谐振，变压器耦合环形天线

图2是天线的示意图。Cd（红色）是初级线圈L1的分布电容。这不是可调电容，但仍会引起谐振。同样，C1的最小15 pf电容。通过添加C2，可以降低最小总电容，从而大大增加天线的上限范围。S1是“波段开关”。它使串联电容器短路，恢复最大低频。

图2. 原理图

天线框架：由3/8平方英寸（2.41935平方厘米）的椴木或白杨木钉制成（请参阅文末“专用零件”）。已经以“的间隔预钻了两块长36英寸（91.44厘米）的零件，以容纳初级和次级线圈金属丝（想想网球拍的样子）。在每个销钉的长度上钻孔是一个好主意。您可能会决定稍后进行更改，并且在组装好的天线上钻孔并不容易。同样，两个销钉在其中心开有缺口，以相互配合。参见图3和图4。图4中的透明塑料盘是CD主轴上的包装盘。它被粘在方形销钉上，并用于将它们以直角固定。任何刚性，轻质的材料都可以。

图3. 方销显示了”的孔间距和次级线圈的布置

图4. 交叉构件的缺口和方形销钉的加固

初级线圈：直径为36英寸（91.44厘米）的线圈，您可能无法获得多于两匝的导线以在高达12 MHz的频率上产生谐振。这考虑了上述预防措施，以最大程度地减少不可用的电容。使用AWG 22绞合绝缘电线绑扎该线圈。确保销钉彼此成直角。请注意，定位销中的一组孔在第一圈和第二圈之间被跳过。

AWG（American wire gauge）美国线规，是一种区分导线直径的标准，又被称为 Brown & Sharpe线规。这种标准化线规系统于1857年起在美国开始使用。AWG前面的数值（如24AWG、26AWG）表示导线形成最后直径前所要经过的孔的数量，数值越大，导线经过孔的等级越高，导线的直径也就越小。粗导线具有更好的物理强度和更低的电阻，但是导线越粗，制作电缆需要的铜就越多，这会导致电缆更沉、更难以安装、价格也更贵。电缆设计的挑战在于使用尽可能小直径的导线（减小成本和安装复杂性），而同时保证在必要电压和频率之下实现导线的最大容量。 不同AWG数值的导线的直径、面积和重量： AWG 直径（英寸） 直径（毫米） 面积（密尔） 面积（平方毫米） 重量（千克/千米） 22 0.0253 0.643 640.4 0.3256 2.895 23 0.0226 0.574 511.5 0.2581 2.295 24 0.0201 0.511 404.0 0.2047 1.820 26 0.0159 0.404 253.0 0.1288 1.145

调谐电容器：几乎所有可用的可变电容器都可以工作。对于典型的2座组单元，可以通过公共转子部分和金属框架将各座组串联连接，每个座的定子端子都用作外部端子。如上所述，这将产生较低的最小电容。

对于此处姐好啊的天线，使用了一个单端365 pf电容器（请参阅文末“专用零件”）和一个固定的云母电容器串联。可变电容器的最小电容标称值为15 pf。图5显示了用于初级线圈的电容器组件。组件安装在穿孔的电路板上，而穿孔的电路板又安装在垂直方形销的底部。可以在后部看到底座的一部分。建议使用大直径的调节旋钮，因为正确制造的环形天线的峰值调节将非常灵敏，并且需要小心的调整。作为一种选择，我在其他天线上使用了行星减速机构，以使电容器轴的比例为8：1。

您可能会注意到，在HF高频情况下，由于旋钮的身体接触或调谐电容器的周围，天线有些不稳定。这是因为谐振电路以非常高的L/C比工作，而电容仅为几微微法拉。人体电容将使天线失谐。用绝缘轴将旋钮从调谐电容器延伸2或3英寸（5.08或7.62厘米）可能会很有用。

图5.电容器组件

次级线圈：次级线圈在低阻抗下工作以馈入引入线。控制次级线圈尺寸有两个极端。太小的线圈在谐振时不会吸收初级线圈产生的太多磁场。另一方面，过大的次级线圈将使初级线圈过载或负载。这将减小天线的Q值或天线调谐灵敏度。

次级线圈最大匝数为16英寸（40.64厘米）对角线，由7匝AWG 20母线组成。使用了母线，因此可以在第一，第二，第三，第四和第六圈之后轻松地抽出线圈。当前未使用第七圈。当在较宽的频率范围内使用天线时，分接线圈将提供与引入线更好的阻抗匹配。分接头用旋转开关选择。连接抽头，以便首先使用外匝，并根据需要连接内匝。重要的是，未使用的匝保持未连接（空闲）而不是短路。参见图6。

图6. 次级线圈开关

引入线：将双绞线AWG 22绞合线用作引入线。这将比同轴电缆更灵活。引入线应保持尽可能短并拧紧，以免其自身吸收任何信号。这对于短波频率很重要。双绞线可以用两段长度的钢丝制成，其中一组末端固定在虎钳中，而其余末端在手钻的卡盘中绞合。大多数便携式无线电在外部天线连接点都配备了标准的1/8英寸（0.3175厘米）电话插孔。因此，该天线用1/8英寸（0.3175厘米）电话插头端接。

底座：底座没有什么特别的。给您唯一的指导应该是使其尽可能稳固。由于框架很轻，因此电容器组件和其他部件的大部分重量将位于底部。这有助于天线的稳定性。该天线的底部使用5英寸（12.7厘米）塑料瓶盖。保持底座较小，因为天线可能会在桌子上操作。

天线操作方式

天线应在靠近收音机的地方操作，例如在桌子或桌子上。必须有足够的空间横向旋转环。如上所述，该天线的范围为2.6 MHz至12.3 MHz，约有8 MHz频带重叠。根据您选择的电容器，范围和重叠可能会略有不同。

• 将接收器调到所需的频率。

• 将天线上的波段开关设置为相应的波段。

• 调整天线电容器使其谐振（峰值信号）。

• 将辅助开关旋转到最大信号强度的位置。从次要匝数最少（通常为一匝）开始。

• 可能需要重新调整初级线圈。

重复该过程以测试上限或下限频段的操作。

与长波和中波接收的类似环路不同，该天线对峰值或空信号接收的方向没有特别的响应。但是，您会发现减少或消除本地产生的噪声非常有用。只需旋转天线的底座即可。

天线修正

该天线的基本概念可以轻松扩展到更高或更低的频率。减少初级线圈的内匝将显著提高上限频率；相反，增加匝数会增加下限范围。请注意，初级线圈的系带会在第一圈和第二圈之间跳过方形销钉中的一组孔。这使匝间的分布电容最小。如果增加额外的匝数以降低工作频率，则应保持这种间隔。

专用零件

下面列出了方形木销和单联365 pf可变电容器的一些来源。作者不认可其中任何一个。类似电容器的价格差异很大。

方形木榫：

可变电容（365 pf）：

天线看似简单，但是其中的理论和实践都需要深入咀嚼，尤其是搞懂其中的原理更有助于后续的DIY制作，社交隔离期间，手把手教你制作环形天线，还等什么呢？