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广播收听中关于天线的一些基本概念

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天线是FM DX的耳朵,微弱的电波从天线经过馈线进入接收机,才能让我们听到远方电台的声音。一个接收系统的好坏,天线占了一半。我们希望天线能有高的增益,把微弱 的信号变得响亮,我们希望天线能有一定的选择能力,把传呼台干扰和本地强台挡在外面,我们希望天馈系统尽量减小损耗,把每一微伏的信号都送到接收机的前 端。   对于大多数使用便携式收音机来收听FM DX的人说,他们的天线也许只是收音机上的拉杆天线,这样的天线虽然简单方便,但是对于FM DX来说,无论如何是不够的,尽管拜电离层的恩赐,这样的天线系统也不是没有可能接收到DX信号。
  我将介绍一些常见而且容易自制的天线,这些天线能够用我们曰常生活中容易得到的材料制作。我会逐一制作这些天线,将制作的过程拍成照片,并给出 尽可能详细的尺寸数据。尽管我在制作过程中会动用天线分析仪甚至是综合测试仪等设备,但是我将告诉读者不使用这些昂贵仪器的调试方法。至少,完全按照我的 材料、尺寸总不会错。
电波
  在讲天线之前,不能不先提一提电波。
  我们制作天线的目的是为了捕捉电波,因此,在考虑天线的问题之前,绝对有必要先研究一下电波的问题。
  FM广播波段,频率上是从87.5MHz到108MHz,对应的波长是3.4米到2.7米,一般称做3米波段,是VHF(Very High Frequency)的一段。这个波段以下,54MHz到87.5MHz是电视广播波段,以上,108MHz到136MHz是航空通讯波段。VHF波段的 电波传播,主要有三种途径:
  直接波
  这是指从发射天线到接收天线之间,不经过任何发射,直接到达,电波就象一束光一样,所以有人称它为视线传播。视线传播这个名字也表明了这种传播 方式能够传播的距离不远。这有两个原因,首先是电波从发射点出发,其能量是以幂级数递减的,而接收机要能良好地解调出广播,需要一定的信号强度。所以太远 的地方,信号太弱,不足以解调。如果只是这个原因,那么拼命提高发射功率或增加接收天线的增益,也许就可以扩大收听的范围了。但是,还有一个重要的问题 是,地球是圆的,在地球上任何一点发出的电波,按直线前进的方向,最终将离开地球射向天空。主要是由于第二个原因,一般地讲,地面上一个发射台发出的直线 波,只能传播到70km远处地面上的接收处。如果双方的高度增加,那么这个距离还可以增加,但总是有限的。所以,70km,是本地收听的极限,实际上,由 于山脉、丘陵、房屋的阻挡、反射,这个距离还要大打折扣,一般可以估计的距离是35km。
  电离层发射波
  这是指电波通过电离层的发射达到接收方。这里面的名堂很多。电离层本身是有多个层次的,支持短波(1.8MHz到30MHz)反射的电离层是 F1和F2层。F1和F2并不是甘心反射所有的无线电波,它们能反射的最高频率是有限的,超过这个频率的电波完全得不到反射,而是穿过电离层射向太空。如 果没有这个特性,那么通讯卫星就不可能存在了,通讯卫星就是在电离层外工作的。这个最高频率叫作MUF(Max Usable Frequency)。 MUF与很多因素有关,主要是和太阳黑子活跃程度以及季节有关。太阳黑子活跃,MUF就高,天气热,MUF也高。MUF最高能高到多少呢?一般在太阳黑子 活跃期的夏天,MUF在20MHz到 40MHz之间,很少超过50MHz。在低的时候甚至会低到10MHz以下。但是在太阳黑子异常活跃的时候,MUF也有可能偶然达到100MHz。这时 候,就有可能通过F层发射收到DX FM了。但是这不是FM DX的主要形式,FM DX主要是通过另外一个电离层E层。本来E层的出现是破坏F层,所以我们不妨记F层为Friend层,E层为Enemy层。但是Es层的出现,却会形成一 个短期内密度极高的反射层。反射层的密度高,意味着能更好地反射电波。所以Es层开通的时候,DX电台的信号会异常地强。在6米和10米业余波段工作的业 余电台都知道, Es层开通的时候,很小的功率,甚至5W,也有可能做DX联络。Es的开通,主要是提供了 800km以内电波的传播路径。由于信号很强,其实很多时候并不需要很好的设备就可以接收,需要的是耐心和运气。除了这两种反射,FM DX还有可能通过对流层反射和流星余迹到达你的接收机。
  地波和大气波导
  本来来说,理论上 VHF 是不存在地波的。但是无数的实践表明,VHF 也存在着某种程度的地波传播。所以我们能稳定地接收200km左右电台的信号。江苏和安徽两省的业余电台,每年国庆的时候都进行全省 VHF 移动通讯实验,也证明了 VHF 电波可以在 200km 左右的距离得到传播。大气波导是另外一种可能传播VHF电波的手段,不过人们研究得还不够多。
  既然存在着这些可能,那么如何知道我收到的信号是以什么方式来的呢?一般来说,如果收到的信号来自 70km 以内的电台,基本上可以认为是直接波;如果是 200km 以内,而且信号稳定(不一定强),那么大概是地波;如果是800km以内,信号很强,但是极不稳定,而且偶尔才出现,多半是 Es层传播;如果距离更远,信号很弱,大概是F层或其他形式的电离层传播了。
  知道这些有什么用呢?用处在于帮助我们选择对天线的要求。比如,F层的传播有一个特点是越距,大约 500km 以内的电台是不可能通过 F 层的传播来的,这个距离内的电台信号只能以 Es 层来。就象在杭州想要接收台湾的FM电台信号,只能PNP(Plug and pray),等 Es 层,那么天线就要考虑适合Es层的特点。
  还有一个很重要的因素是极化方式,这是很容易被很多爱好者忽略的问题。电波的极化方式有三种:水平极化、垂直极化和圆极化。不管理论上怎么计 算,简单的判断方法,就是看振子的方向,振子是水平放的就是水平极化,垂直的就是垂直极化,圆极化不用在 FM广播,可以不管。极化方式之所以重要,是因为要求发射方与接收方的极化方式必须一致,才能有好的接收效果。我国广播的极化方式是水平极化,所以,接收 天线也应水平架设。如果极化方式不一致,会有10dB到20dB的损失。可是,经过电离层的反射过来的电波,早就被反射得七荤八素、颠三倒四,说不定是什 么极化方式了。所以,接收DX信号,其实垂直极化也不错,附带的一个好处,就是可以削弱本地电台的影响。

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