[天线组] 10单元圆环天线

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80186

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发表于 2009-5-15 21:11 |显示全部楼层

本帖最后由 80186 于 2009-7-29 08:54 编辑

10单元圆环天线

组类：天线DIY

作者：80186

一、设计：
设计的要求：要求增益大于18DBI，结构牢固、方便携带。根据便携的要求选择8木天线（网友称之为大炮）是合适的，考虑到要求18dbi增益，必须20单元以上的八木才能满足要求，这样一来太长了，二来八木天线超过10单元后增益提高并不明显，搞不好阻抗匹配还会出现很多问题。综合考虑决定使用10单元的圆环八木天线，按最佳增益设计，可达到18dbi的增益。
下图是对称振子八木天线的增益，从教科书copy来的，供参考：

差3db 增益，怎么办呢，改对称振子为环形振子刚好可以提高3.09db。见下图：

设计
环形振子根据外形有圆形、筐型、三角形及网友喜欢的菱形等。我个人喜欢圆形，一来加工方便，二来加工好的天线马甲尺寸最小。因此选择圆形天线。
首先选择有源振子的直径，一般网友喜欢选择一个波长，虽然没有错误，但并不是最佳方案。根据本人的经验和教科书的知识，有源振子的长度可以在1-1.5波长内选择，考虑到网友没有仪器调整的情况再结合环形振子谐振长度在1.09波长处的特点，本例选择有源振子的长度为1.09波长。优点增益稍佳，有源振子处谐振状态，电抗分量为零。有利于整体天线的匹配。下图：

确定了有源振子的长度后就应该设计引向器的长度了，一般有两种办法，一是等长法，优点带内增益平均，缺点带宽不佳；二是不等长法，优点频带较宽。本例中决定采用不等长法，各个引向器依次减少1.5%。
引向器的距离采用等长法，除第一个引向器到有源振子的距离定0.2波长外，其他引向器的距离按0.25到0.3波长。
反射器的长度要求比有源振子长5%，考虑到外壳采用50MM的pvc管，与之配套的确定使用直径50MM的反射板（周长=3.14*50=157MM）满足设计要求。考虑到环形振子的输入阻抗只有110欧，为了减少反射板对阻抗的影响，选择反射板距离0.2波长为宜。缺点前后比可能稍差。
按6频道考虑，中心波长为123.1MM，各振子长度和距离见下表（单位MM）：

	反射板	有源振子	引向器1	引向器2	引向器3	引向器4	引向器5	引向器6	引向器7	引向器8
设计周长	157.0	134.2	132.2	130.2	128.2	126.3	124.4	122.5	120.7	118.9
下料长度	157	129	131.2	129.2	128.2	125.3	123.4	121.5	119.7	118.9
直径	50.0	42.7	42.1	41.4	40.8	40.2	39.6	39.0	38.4	37.8
距离	25		25	31	32	34	34	34	34	35

有源振子的开口按5MM计算，则有源振子实际长度为129MM，同理考虑引向器焊接误差1MM则各引向器的下料长度见表。
二、天线制作
1、秀一下工具和材料

2、电线去皮，按表中的实际尺寸下料并用锉刀修平两头、整直。

3、把两端和中间除锈和预焊。

4、以40MM的pvc管为模具弯好各个圆环。

把弯好的圆环端头焊接并适当的修整待用。
5、制作巴伦。取直径与电缆外导体相当的导线制作巴伦参考《关于巴伦的几个问题》http://forum.anywlan.com/thread-24430-1-1.html

其中垂直向上的线尾是用来固定反射板的，后面会看到。
6、把圆环振子焊接到支撑杆上并接上巴伦、反射板，成品见下图。

旁边那个50MM的pvc管就是它的马甲只有长度27CM，很小吧。
三、天线测试和对比：
在上对比图之前让我先秀一下我改760N的工艺和D-link 2DB全向天线。

测试图：
测试条件为室内隔一堵墙，距离20-30米吧，自己的路由器。
1、D-link 2DB天线

2db

2、diy的10单元圆形天线

3、测试体会
首先测试环境不够理想，室内家具墙壁的反射比较明显，对测试的精度会带来较大的误差。其次测试用WirelessMon可能也不能真实反映信号的强度（完全是个人观点哦）。有时间我计划拿到办公室去用仪器测试一下，顺便也把驻波比给调一下。

四、总结
1、本天线的特点是结构紧凑便携，我知道的同等增益的天线里面它可能是最小的了；增益适中。
2、方便网友进行DIY。圆环天线与折合振子相比最大的不同是Q值较低、带宽好、对有关尺寸敏感度较低。同时控制圆环的周长也比控制直径精确。
3、本例中的有源振子采用周长为1.09波长，与类似的圆环天线相比采用一个波长的振子除了增益较高外，电抗部分减少了很多，有利于最后的天线匹配。
4、误差控制：天线的误差主要来源于尺寸精度的控制，大家喜欢用游标卡尺是一个好的习惯，但是很多网友没有那玩意儿怎么办呢。个人认为天线选择是要按上面提到的低Q值的类型外还要控制重点部位的尺寸精度才能确保成功。对本例中的天线重点部位在那里？下面根据影响程度分为三个等级讨论。
A、巴伦的尺寸要重点考虑确保精度。巴伦属于传输线类的器件Q值最高、对天线影响最大。如果没有把握宁可牺牲平衡性，不要巴伦。在几种巴伦中1/2U型环是最难伺候的了、其次1/4短路线。本例中使用1/4宽带巴伦由于自身有补偿作用相对就好了很多。
B、其次就属有源振子的尺寸了，要求尽量保证。本例中采用控制周长的方案比控制直径要好很多。
C、其他振子的尺寸。要求反射器比有源振子大5%，重点是“大于”，你可以大于100%还更好；引向器的尺寸也是依次减少1.5%，重点是“依次减少”。在加工中我是在全部振子下料后拿去对比一下，只要保证长短有序就可以了，具体小多少到无所谓。
D、各振子之间的距离。距离是拿来调整的保证绝对的精度个人认为没有什么意义，但是距离大小对整体性能影响也很大，下面介绍一下方便网友调整。反射器到有源振子之间的距离影响前后比和天线阻抗，一般距离小前后比好但阻抗降低很多，反之前后比差但阻抗降低不明显。一般取0.1到0.2波长之间。单元数多时阻抗本来就低了这时要以阻抗为目标取0.15到0.2波长合适。有源振子与第一引向器之间的距离对天线的多项指标影响都很大，一般要求在0.15-0.2波长为好，个别情况为了增益可以取0.25波长。其他引向器之间距离可以取0.2到0.3波长，一般距离大增益高但付瓣也相应提高。

pdf文件搞好了，大家可以下载了。

全文结束，谢谢大家的支持。如果有给你一些启示，请投一票。

单元, 圆环