关于菱形天线的原理
13DB的双菱形天线
今天我们来介绍一款13DB的双菱形天线，在此也感谢作者vodka的精彩作品，他很详细的介绍了天线馈线的选择，振子和馈线的焊接方法。
独乐乐不如众乐乐。
希望大家也能做出一款好的双菱天线。
一、天线概述双菱天线是最容易制作的，而且是增益较高的一种定向天线。
材料也很容易收集，初学者很容易就能制作成功，而且增强的无线信号效果让人很有成就感，更能激发大家对DIY的信心和兴趣。
二、材料收集以及工具准备型号为mil-c-17 RG-316 50Ω的镀银特氟龙高温线准备5M，估计10元/米。
横截面积为2.5mm的铜线（这个可以从电力线里面剥出来，但是横截面积要符合）估计4元/米。
准备的部分材料空调机铜管，外径9mm、内径7mm，长6CM奶糖盒子的盖，面积280mm x 200mm x 20mm奶糖盒盖子拿来当反射板三、制作步骤1、首先制做天线的中心，也就是振子的部分。
铜丝按规定的长度来进行弯曲角度要垂直按照图示来弯曲振子的成品展示2、制作天线的支撑物。
用钢质螺钉在标记好的中心位置敲出一个定位点钻个大小合适的洞, 刚好可以传过铜管用锉刀或者电动砂轮加工铜管的一头双菱到反射板高度在20mm左右3、SMA接头制作方法(馈线接头的做法)SMA 头和射频线为什么我们要制做SMA接头，这是因为很多无线路由或AP本身提供有独立的天线接口，这样我们就不需要拆开AP或无线路由在内部焊线了，也就不就用担心设备的保修问题。
先剥好射频线，芯线暴露1.7~2mm。
剥线和制做SMA头射频馈线的中心导体只需要暴露2mm左右，刚好能放进SMA插针里面就好。
给馈线的中心导体上一点锡，这样接触更紧密，导电性更好。
再把SMA的的针头套上馈线的中心导体，并焊死。
装好SMA头多余的电缆屏蔽层折上去套上SMA套件中的铜管，用冷压钳压死SMA接头的成品照片上那个黑色的是热缩管。
这种东西是防止水渗透到线体里影响导电性的。
万用表测试一下有没有接好, 有没有短路做好后要测试下有没有问题，测试的时候要同时测线芯与线芯有没有断路、屏蔽层与屏蔽层有没有断路、以及线芯与屏蔽层有没有短路。
第3章 行波天线
D
D——螺旋的直径；
l0
s
h 2a
a——螺旋线导线的半径；
s——螺距，即每圈之间的距离；
α——螺距角，
arctan s D
l0——一圈D 的长度，l0 (D )2s2s/sin
s
N——圈l数0 ；
同 轴线D 输 入
(a )
l0
金 属 接 地 板 h——轴向长度，h=Ns
(b )
s
一圈展开图形
第3章 行波天线 y A
终端 吸收 铁线 回授 线
回授 线长 度调 节器
回授式菱形天线
第3章 行波天线
三、行波V形天线（Traveling Wave Vee Antenna）
V 形斜天线，仅有一根支杆和两根载有行波电流的导线组成，架 设很简单，适用于移动的台站中。
馈线
Rl Rl
第3章 行波天线
第二节
螺旋天线
D
提高天线的有效高度之一——分布 式加载，其典型天线之一即为螺旋鞭天 线 （Helical Whip Antenna）。
信使用； （2）副瓣多，副瓣电平较高； （3）效率低，由于终端有负载电阻吸收能量。
第3章 行波天线
为了改善菱形天线的特性参数，常采用双菱天线 菱形对角线之间的距离 d≈0.8λ，其方向函数表达式为:
f2(,)f1(,)cos(k2 dcossin)
单菱形天线的 方向函数
d
~
双菱天线的旁瓣电平比 单菱形天线低，增益系 数约为单菱形天线的 1.5～2倍。
第3章 行波天线
3、 菱形天线的尺寸选择及其变形天线
当通信仰角Δ0 确定以后，选择主瓣仰角等于通信仰角。 使 f(Δ0) 最大，分别取各个因子分别最大：
菱形天线
找一段直径1~1.5mm 的单心铜导线, 按以下图形弯折, 每边长為3.2cm:
购买BNC 母接座, 将菱形中心的两点分别直接焊接在BNC 母座的中心点及外壳接点
这样的天线辐射最大方向為垂直於菱形平面的方向上..., 增益约有3~5dbi, 而上图為水平极化, 您可将它以垂直於菱形平面的方向為轴心转90 度, 即為垂直极性...
再加上反射板, 取铜或铝片, 裁成直径13cm~14cm 的圆盘, 如炒菜锅那样, 适当调整距离到最大值,
不用反射板, 可以平底锅或炒菜锅代替, 如第一种天线那样的做法也是可以, 增益还更高....
而我是把铜片在中央钻个小洞, 刚好可以将BNC 母座锁在圆盘上, 另外取厚度為 1.8cm 的保力龙, 以同样尺吋裁切, 中央割掉边长 4 cm 的方洞, 以双面胶带黏贴於铜圆板上, 再把双菱形用胶带黏贴於保力龙, 拉线焊接於BNC 母座, 作成单体化的天线, 又因為可能是製作时计算误差, 增益不如理想, 阻抗可能不太匹配, 遂以一般有线电视AC 断电器串接BNC 座来达到最好效果..., 增益约10~13 dbi
另外您也可将含反射板的双菱形天线再配合大锅子, 如图:。
菱形天线工作原理
菱形天线工作原理
菱形天线工作原理是基于电磁辐射的原理。
当高频电流流过菱形天线时，天线就会产生电磁波并辐射出去。
这是因为在电子学的基本原理中，电流会在导体上形成闭合回路，而这个回路会产生电磁场，进而辐射出电磁波。
菱形天线的菱形结构是为了提高天线的效率和增加其辐射方向性。
通过调节天线的尺寸和形状，可以使得天线在特定频率范围内具有较高的辐射效率。
此外，菱形天线的对称性可以使得辐射方向更加集中，提高了信号的接收和传输的效果。
在工作过程中，菱形天线会接收或发射无线电信号。
当无线电信号通过天线传输时，天线将信号转换为电流，并通过电磁辐射的方式将信号传播出去。
同时，菱形天线还可以通过接收电磁波来接收无线电信号。
当电磁波通过天线时，它会激发天线上的电流，进而将电磁波转化为电信号。
综上所述，菱形天线的工作原理是基于电磁辐射效应，通过电流和电磁波的转换来实现无线电信号的传输和接收。
无线电天线的种类
【短波天线】工作于短波波段的发射或接收天线，统称为短波天线。
短波主要是借助于电离层反射的天波传播的，是现代远距离无线电通信的重要手段之一。
【超短波天线】工作于超短波波段的发射和接收天线称为超短波天线。
【微波天线】工作于米波、分米波、厘米波、毫米波等波段的发射或接收天线，统称为微波天线。
微波主要靠空间波传播，为增大通信距离，天线架设较高。
【定向天线】向某个方向传播的天线。
【不定向天线】在各个方向上均匀辐射或接收电磁波的天线，称为不定向天线，如小型通信机用的鞭状天线等。
【宽频带天线】方向性、阻抗和极化特性在一个很宽的波段内几乎保持不变的天线，称为宽频带天线。
【调谐天线】仅在一个很窄的频带内才具有预定方向性的天线，称为调谐天线或称调谐的定向天线。
同相水平天线、折合天线、曲折天线等均属于调谐天线。
【垂直天线】垂直天线是指与地面垂直放置的天线。
它有对称与不对称两种形式，而后者应用较广。
对称垂直天线常常是中心馈电的。
不对称垂直天线则在天线底端与地面之间馈电，其最大辐射方向在高度小于1/2波长的情况下，集中在地面方向，故适应于广播。
不对称垂直天线又称垂直接地天线。
【倒L天线】在单根水平导线的一端连接一根垂直引下线而构成的天线。
因其形状象英文字母L倒过来，故称倒L形天线。
倒L天线一般用于长波通信。
它的优点是结构简单、架设方便；缺点是占地面积大、耐久性差。
【T形天线】在水平导线的中央，接上一根垂直引下线，形状象英文字母T，故称T形天线。
它是最常见的一种垂直接地的天线。
它的水平部分辐射可忽略，产生辐射的是垂直部分。
一般用于长波和中波通信。
【伞形天线】在单根垂直导线的顶部，向各个方向引下几根倾斜的导体，这样构成的天线形状象张开的雨伞，故称伞形天线。
特点和用途与倒L形、T形天线相同。
【鞭状天线】鞭状天线是一种可弯曲的垂直杆状天线，其长度一般为1/4或1/2波长。
大多数鞭状天线都不用地线而用地网。
小型鞭状天线常利用小型电台的金属外壳作地网。
关于菱形天线的原理
如下图, 希望天线组增益最大方向是斜向左侧 N 度
同相位的位置
＼
＼
＼／ 各个天线所接收的电波相位, 以最左边的
＼
＼ ／＼ 天线为零度来当基准, 则
＼
＼／ ＼
X = x / (C / F) * 360
＼ ＼ ／＼
＼ｚ= 电波路径长 Y = y / (C / F) * 360
值则为 32.4, 因为 20log F(Ghz) = 60 + 20log F(MHz), 同理, 若距离单位改用公尺或英里, 也是如此转换, 我个人是喜欢用 92.4 的常数.. D : 接收点到发射点间的距离, 单位公里 F : 所使用频率, 单位 GHz Ar : 接收器天线增益, 单位 dbi 但若发射站位置不在该天 线最大增益方向, 记得扣除相对增益.. Cr : 接收器传输电缆传输损失, 单位 db
＼
＼／
／
, 这种做法, 就如同
＼
｜｜ ／
相位数组天线一般 ..
＼ ｜｜／
此处以 c1 的电缆出口
＋－－－－－－－－－－－－－＋ 为 0 度, 那么 c2 相位
｜
｜ 延迟就是 -X, C3 为 -Y
｜
｜ C4 为 -Z, 那么电波到
｜
｜ 达合并器时, 相位就
｜
｜ 会一样..
另外要注意, 一般 VHF/UHF 的功率合并分配器, 其每组分支出口的相位有可能相差 180 度, 譬如一分二(二合一), 其两组输出相位可能刚好相反 (视分配合成器的结构而定), 须把 此项因素考虑进去, 通常的做法是若发现此种现象, 将天线馈电点位置左右互换即可..
2.利用反射板: 作用原理如同碟形天线的碟子一般, 如图
天线原理与设计3.1.2 笼形天线
笼形天线的方向性、尺寸的选择都与双极天线相同。笼形 天线用于移动式电台很不方便，在固定的通信台站应用较多
图 3-1-10 笼形天线结构示意图
笼形天线的等效半径ae可按下式计算:
ae
bn
na b
(3-1-14)
其中，a为单根导线半径； b为笼形半径； n为构成笼的 导线根数。若取a＝2 mm，b＝1.5 m，n＝8，则ae＝0.85 m， 上述64 m双极天线的特性阻抗为353.6 Ω。
2l a
1
120
ln
2 22 0.85
1
353.6
Z0A
120
ln
2l a
1
120
ln
44 0.002
1
1079
120
ln
2 22 0.85
1
353.6
为了进一步展宽笼形天线的工作频带，可将笼形天线改 进为分支笼形天线，如图3-1-11(a)所示，其等效电路如图31-11(b)所示，开路线3-5、 4-6与短路线3-7-4(分支)有着符 号相反的输入阻抗，调节短路线的长度，即改变3和4(参见图 3-1-11(a))在笼形上的位置，可以改善天线的阻抗特性，展宽
图 3-1-14 平面片形对称振子
ae
b
n
na b
1.5
8
8 0.002 1.5
0.85m
假设有一64m (即2×10(高)＋2×22(长)=64 m)双极天线， 其导线直径为4 mm时，特性阻抗约为1 kΩ，若用增加直径的 办法，使特性阻抗为350 Ω
Z0 A
电磁波与天线知识点
第一章1.天线的定义：用来辐射和接收无线电波的装置2.天线的作用：3.天线基本辐射单元：电基本振子、磁基本振子、惠更斯元4.电基本振子又称电流元，其辐射场是球面波（等相位面的形状），辐射的是线极化波，传输的波的模式是横电磁波（TEM 波，沿传播方向电场、磁场分量为0）5.媒质波阻抗η 自由空间（120ηπ=Ω） 电基本振子E H θηϕ= 磁基本振子E H ϕθη=-6. 磁基本振子又称磁流元、磁偶极子7. 电基本振子归一化方向函数(,)sin F θϕθ=理想电源归一化方向函数(,)1F θϕ=8.方向图：E 面 H 面9. 电基本振子E 面方向函数()sin E F θθ=，H 面()1H F ϕ=磁基本振子E 面方向函数()1E F θ=，H 面()sin H F ϕϕ=10.方向系数：在同一距离及相同辐射功率条件下，某天线在最大辐射方向上的辐射功率密度（场强的平方）和无方向性天线（点源）的辐射功率密度（场强的平方）之比11.电基本振子D=1.5 半波振子D=1.6412.增益系数：在同一距离及相同输入功率条件下，某天线在最大辐射方向上的辐射功率密度（场强的平方）和无方向性天线（点源）的辐射功率密度（场强的平方）之比13.天线效率：物理意义（表述了天线能量转换的有效程度）14. A G D η=15.天线极化可分为：线极化、圆极化、椭圆极化16.有效长度17.输入阻抗18.频带宽度19.有效接收面积是衡量接收天线接收无线电波能力的重要指标。
20.对称振子中间馈电，极化方式为线极化，辐射场为球面波。
计算输入阻抗采用“等值传输线法”，最终等效成具有一平均特性阻抗的有耗传输线。
对称振子天线振子越粗，平均特性阻抗越小。
21.末端效应：由于对称振子末端具有较大的端面电容，末端电流实际不为零。
22.采用天线阵是为了加强天线的定向辐射能力。
23.方向图乘积定理P2624.水平线天线镜像一定时负镜像；垂直对称线天线正镜像垂直驻波单导线半波正垂直驻波单导线全波负25.无限大理想导电反射面对天线电性能的影响主要有两个方面：对方向性的影响；对阻抗特性的影响26.沿导电平面方向，正镜像始终是最大辐射，负镜像始终是零辐射。
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此天线很适合安装在 墙面上或 绑在水塔 侧边 .. 若觉得您的接收讯号不佳, 试试这个自制天线, 我拿它在宜兰可以收到台北竹子山的讯号..
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一个环形天线的圆周长等于所使用波长乘上 1.01~1.1 时, 处于谐振状态, 且等长线段涵盖 最大截面积是呈现圆形, 在此状况下, 环形天线有效截面比 dipole 大, 故约比 dipole 天线 多出 1db 的增 益 , 已知 标 准 dipole 天线 增 益 为 2.15dbi, 故一 组 环 形 天 线 增 益 约 为 3.15dbi, 当将两组环形并接时, 截面积增一倍, 增益加 3db, 再加上反射板, 将朝后的能量 往前送, 增益再增一倍, 故双环形天线加上反射板, 增益可达 3.15+3+3 = 9.15dbi, 实作上可 以利用调整到反射板的距离, 将波束集中一些 , 故可获得约 9~12 dbi 的天线增益; 而四环 形天线, 环形数量比双环形多一倍, 有效截面积多出将近一倍, 故增益约可达 12~15dbi..
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。 如此绕线就可以
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＼｜＼ 在同一平面上
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值则为 32.4, 因为 20log F(Ghz) = 60 + 20log F(MHz), 同理, 若距离单位改用公尺或英里, 也是如此转换, 我个人是喜欢用 92.4 的常数.. D : 接收点到发射点间的距离, 单位公里 F : 所使用频率, 单位 GHz Ar : 接收器天线增益, 单位 dbi 但若发射站位置不在该天 线最大增益方向, 记得扣除相对增益.. Cr : 接收器传输电缆传输损失, 单位 db
2.利用反射板: 作用原理如同碟形天线的碟子一般, 如图
3.数个四菱形天线 , 利用功率分配合成网络 , 将每个天线的讯号合并在一起 , 在 UHF 带, 因为有现成的分配合成器, 且价位低廉, 不像在 SHF 带那么昂贵, 建议直接购用现成的分 配成器即可, 就如同将两个 YAGI 天线迭接一般 , 须考虑各个分支电缆长度, 让每个天线 所截收下来的信号, 到达合并点时须为同相位, 但因为４菱形天线的水平波束角相当宽, 若 想让天线最大增益方向不是在正前方时, 可以增减各个分支电缆的长度, 让在某方向的电波,
／
＼ 考虑导体传送电波时应有的波长缩短因子,
＼
／ 故实际上每经过单边长度后, 电波延迟所呈
↖ ↙ 现的相位增加比 90 度还多, 故像这样的迭
＼／
接, 以中心点起算到上下两端, 以两个环形
(一共四个) 为限, 再多也提升不了多少增益,
且当以此天线为发射天线的立场观之, 较大
部分的能量集中在靠近中央的两个环上, 故
经由各个天线接收下 来到达合 并点时能 够同相 ..
如下图, 希望天线组增益最大方向是斜向左侧 N 度
同相位的位置
＼
＼
＼／ 各个天线所接收的电波相位, 以最左边的
＼
＼ ／＼ 天线为零度来当基准, 则
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＼／ ＼
X = x / (C / F) * 360
＼ ＼ ／＼
＼ｚ= 电波路径长 Y = y / (C / F) * 360
／＼ ＼／
／＼ ＼／
每个导波环置放于辐射体前方约 18cm 处细调之, 至信号最强 加装一组(四个)导波环, 增益可达 17dbi 上下 加装导波环后, 水平波束角会减小..
辐射器或导波环的骨 架固定例 (此处以导波环为例 ):
木螺纹钉
｜︿｜
＊
／＊＼
｜ ＜－此处绕线
／｜ ｜＼
－｜－
／｜｜＼
－。－
／ ｜｜ ＼
单一组(四个环)的不须特别做阻抗匹配, 但要再合并多个时就需要..
这种利用两组环形天线并联, 加上反射板的天线, 记得好像是一位德国人发明的, 因为效能 良好, 尤其是在 UHF 频带, 制作也简单, 水平波束角宽, 且为水平极化, 阻抗在 50ohm 附 近, 在 UHF 及微*注意*通讯的业余自制天线 , 常被采用..
辐射器使用一般 1.0 的 PVC 单心电线绕制
辐射体详图:
／＼
／＼
／
＼
＼
／
＼／
＼／ 此处交叉, 但不短路
／＼
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／
＼
＼
／
＼／
）（ 此处不交叉, 形成 ＞ ＜, 中央 > < 处接
／ ＼ 5c2v 同轴电缆, 同轴电缆中心导体接一边
／
＼ > , 外部导体接另一边 <
＼
／
＼／
＼／ 此处交叉, 但不短路
若再增加迭接数量, 提升的效果非常有限 ..
若还要再提升增益, 有几个方法: 1.利用导波板(四个环):
作用原理如同 YAGI 的导波器, 在增加一组导波板时, 增益约可 增加 3db, 在天线方向上再增加导波板数量, 适当调整距离间格, 导波板数量每增一倍 , 增益多 3db, 而实际上如同 YAGI 的导波器, 并不到 3db 那么多, 且有一定极限.. 下图是运用在 2.45 GHz 的频率上, 若要用在 DVB-T 的频带, 记得 换算波长:
我们以 4 菱形天线来看其动作原理..
假设馈电缆中心导体接天线右侧激励点" < ", 外部导体接天线左侧激励点 " > ", 那么呈现
在天线的高频电波相 位如下 :
０
／＼
↗↘
２７０／
＼ ９０
＼
／
↖↙
１８０ ＼／ ０
／＼
↙↖
２７０／
＼ ９０
＼
／
↘ ↗ 此处接同轴电缆中心导体, 定义相位为 0 度
１８０ ）（ ０ 换言之另一侧相位就是 180 度, 在经过四分
这里要注意的是, 电波在电缆中传送的速度较真空慢, 故利用电缆长度来达到电波相位延迟, 须先查表得知电波在该种电缆的波长缩减比例, 以 RG58 来说, 这个值约为 0.66, 换言之, 300MHz 的电波在真空中波长约为 1M, 该电波在真空中传输一公尺远的点, 电压与原点
同相, 故利用一米长的 RG58 传输该电波, 在电缆出口处的电波相位与电缆入口比较将会 是 L/ (C/F*0.66) * 360 = 1 米 / (光速/300MHz * 0.66) * 360 = 185.5 度..
网页中的数值, 是以 50 ohm 阻抗的系统来举例, 75 ohm 的系统也可用, 只是共振线的取 得较困难, 尤其是 1 to 2 时, 其共振线传输阻抗会是 sqr(150*75)= 106ohm 及 sqr(37.5*75) = 53ohm 两种数值,前者很难找到这样的电缆, 后者倒是可以用 rg58 (50~52ohm); 而 1 to 4
／＼
／＼
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／
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＼／
将 5c2v 同轴电缆接在 >< 处, 直接往后透过铁丝网引出 增益约有 15dbi 上下 水平波束角约 60 度到 70 度之间 利用 PVC 水管及木螺纹钉作为支撑骨架即可
若还要提高增益, 可再加装导波环四组 ＿＿＿＿
／＼ ＿＿＿＿Ｃ／Ｆ／４＊０。８＝１０ｃｍ ＼／
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＼／
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, 这种做法, 就如同
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相位数组天线一般 ..
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此处以 c1 的电缆出口
＋－－－－－－－－－－－－－＋ 为 0 度, 那么 c2 相位
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｜ 延迟就是 -X, C3 为 -Y
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｜ C4 为 -Z, 那么电波到
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｜ 达合并器时, 相位就
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｜ 会一样..
另外要注意, 一般 VHF/UHF 的功率合并分配器, 其每组分支出口的相位有可能相差 180 度, 譬如一分二(二合一), 其两组输出相位可能刚好相反 (视分配合成器的结构而定), 须把 此项因素考虑进去, 通常的做法是若发现此种现象, 将天线馈电点位置左右互换即可..
至于为何要乘上 1.01, 主要是环型天线周长约略等于 1.01~1.1 波长时, 虚数阻抗几近为零 (天线谐振), 此时其阻抗值约为 100 ohm, 我们看这种天线结构, 刚好主要是两个环型并接, 故可得到 50 ohm 的天线阻抗 , 虽然用在 75 ohm 的接收系统时 , 因阻抗不完全匹配 , 其 SWR 会稍高, 但因为是接收系统 , 没有发射机, 故不必担心因阻抗不匹配而损坏发射机 , 更何况加上反射板时, 天线整体会呈电感性, 阻抗也会增加, 用在 75 ohm 的接收系统, 不 会 有 啥 大 问 题 .. 转 载 请 注 明 出 自 中 国 无 线 论 坛 /, 本 贴 地 址:/thread-1871-1-1.html
而 SHF 因为频率高, 一般市售 VHF/UHF 功率合成分配器 (变压器结构) 不适用, 此时可 以利用电缆来制作, 大体上有两种方式, 一是共振线法, 一是迭接并接法, 参考以下我以前 写的网页: /mysite/ch...ant-network.htm