Discone Antenna

在 Multiband Antenna 的範疇內，Discone Antenna 應該可以說是這個範疇的大 哥大，因為 Discone Antenna 的最高與最低可用頻率的比值高達 10:1，說它是 Multiband Antenna 似乎太委屈它了，實際上它是 Broadband Antenna。

Discone Antenna 的外觀如圖 ( A ) 所示，它的頂端為一個圓盤 ( Disc )，下半 部為圓錐 ( Cone )，所以稱為 discone。Discone Antenna 使用 50 ohm 的同軸 電纜來傳輸信號，同軸電纜的中心導體接在圓盤的圓心，同軸電纜的外部導體則接 在圓錐的頂端，同軸電纜必須垂直往下到圓錐的底部再轉彎接到無線電機。由於我 對 Discone Antenna 的工作原理並不是很清楚，所以以下只能對 Discone Antenna 的特性以及設計方法提出介紹。

Discone Antenna 的特性

• Discone Antenna 輻射的電波與 GP 相同，為垂直偏波。
• Discone Antenna 的水平輻射場形為無方向性。
• Discone Antenna 最高可用頻率 ( f _max ) 與最低可用頻率 ( f _min ) 比高達 10:1 ，若不考慮架設環境對天線造成的影響，其 VSWR 通常小於 1.5。
• 若頻率低於 f _min ，其 VSWR 會急速升高。
• Discone Antenna 的增益比偶極天線小一些，不過這不是重點，重點是在 f _min ~ 4 * f _min 的頻率範圍內，其輻射仰角一般不 會高於 30 度，最低輻射仰角則接近 10 度，有利於 HF 的遠距離通信。
• 隨著頻率升高，Discone Antenna 在垂直平面的主波束輻射仰角也隨之升高， 但在低仰角方向波束的強度和主波束相差不會超過 10 dB。對 HF 而言，遠距 離通信主要是靠低仰角電離層反射，只要低仰角輻射比高仰角少彈跳一次，這 種差距就拉回來了。不過高仰角也不是一無是處，因為這可以彌補低仰角電離 層反射中間的空乏區，有利於近、中距離的通信，所以 Discone Antenna 在 HF 高頻段的表現也不差。不過如果在 VHF/UHF 頻段，高仰角輻射幾乎無用， Discone Antenna 的表現就比較差。

Discone Antenna 的設計方法

請參考圖 ( A ) 與 ( B )，圖 ( A ) 為基本型，圖 ( B ) 是側剖面圖，這主要 是考慮在架設 HF Discone Antenna 時使用鐵塔作為天線的支撐，這個時候角錐頂 端要作成尖端似乎比較困難，所以頂端也是個小圓盤。

• L 是整支 Discone Antenna 設計時最重要的參數，L 為 f _min 的 1/4 波長。例如設計一支最低可用頻率為 7 MHz 的 Discone Antenna，那 麼 L = 10.7 m。
• θ為圓錐的頂角，θ通常不可小於 50 度，因為角度越小則 VSWR 的變化就會 越不規則，而角度越大則 Discone Antenna 的所佔的面積就會越大，為了兼 顧計算方便，通常我們都會令θ = 60 °。
• D 為圓盤的直徑，D = 0.67 ~ 0.7 B，一般都使用 D= 0.7 B。若θ = 60 ° 則 D = 0.7 L。
• L / T 越小，則可用頻寬就會跟著變窄，若要達到 10:1 的使用頻寬，則 L / T 應該要大於 22。
• 在 ARRL Antenna Handbook 中指出圓盤與圓錐的距離 S = 0.3 T，但是如果 遵循 S=0.3T 的設計，當 T 很小的時候，那麼 S 不就幾乎為 0 了嗎？所以 顯然 S=0.3T 的設計是在 T 不是很小也不會大得太離譜時的最佳設計值。這 樣講起來似乎令人有些疑惑了，那麼 S 到底應該是多少？
  其實不用太煩惱，因為這個參數並沒有相當嚴格的要求，國外的許多實作的數 據顯示這對 Discone Antenna 的特性並沒有太大的影響。通常如果 f _min 為 14 MHz，那麼 S 大約為 15 cm，如果 f _min 為 144 MHz，那麼 S 大約為 2.5 cm 左右，或多或少都沒有關係。
• 真的要架設金屬圓盤及圓錐是相當困難的，所以圓盤可以用鋁管架設成『＊』 形，然後用電線將末端連接起來形成八角形，如果能用更多的鋁管當然更好。 角錐部份也是一樣，利用很多電線銲在一起形成圓錐的頂端，然後將電線平均 展開成圓錐形，最後一樣是用另一條電線連接各個末端圍成圓形。理論上，相 鄰的兩條電線在底端的距離最好不要大於 0.02 λ，也就是說至少要用 40 條 電線來形成圓錐。老實說，這會使製作天線的過程變得相當繁雜，所以實際上 可以偷個小懶，只要間距不是大得太離譜（電線少得可憐），可以稍稍加大間 距。

Discone Antenna 的應用

在我的觀念裡，想要做 HF 的遠距離通信，那麼天線系統是否具有低輻射仰角與天線系 統是否有高增益的重要性是一樣的，在傳播狀況不好的時候，電波每彈跳一次就會產生 極大的衰減，這個時候誰的彈跳次數少誰就有可能達成遠距離通信。所以低增益天線一 定要想辦法降低輻射仰角才有競爭的機會。就這個觀點來看，Discone Antenna 具有很 低的輻射仰角，所以我相信它一定是個不錯的 HF 天線。但是為了要涵蓋大部份的業餘 頻段，那麼 Discone Antenna 的最低可用頻率應該是 7 MHz，這樣的龐然巨物並不是 每個人都做得到，這也就是使用 HF Discone Antenna 的人少之又少的原因了。

在 VHF/UHF 頻段，業餘通信通常需要使用高增益天線才有可能達成遠距離通信， 所以 Discone Antenna 在這個用途上並沒有很高的使用價值。

Discone Antenna 最普遍的用途是作為 VHF/UHF 頻段的 Scanning，因為 VHF/UHF 有多種用途的業務通信，而業務通信為了講求效率，通信的時間通常都很短，所以 監聽的人需要用 Scanner 持續的掃瞄數十甚至數百 MHz 的範圍。以這種用途而言 ，監聽者絕對沒有時間針對變換頻率去調整天線，也沒有時間去轉動天線，因此 Discone Antenna 無方向性、低駐波比、可用頻率範圍大的特性可以滿足這種需求 而廣受歡迎。

P.S.: 我自己對 Discone Antenna 有高度的興趣，如果您打算要架設 HF 的 Discone Antenna，別忘了通知我去參一ㄎㄚ。

来源：BV3FG / Robert Suen，https://www.qsl.net/bv3fg