火牛网小环天线

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在1968 年3月份的 QST 杂志上 Lew McCoy/W1ICP 给业余爱好者们介绍了一种所谓的“军用环天线”，这是一种业余版本的环天线，由美国军队的 Patternson 设计用在东南亚便携使用的天线，并与 1967 年给出了描述，在定义上，环的导体总长度小于 0.085 波长，从电气角度讲就是小环天线。这个尺寸是出于在整个环周长上的电流必须相位相同的考虑，当线圈导线长度大于 0.085 波长时，这个条件就不满足了。这个约束条件使小环天线产生类似于水平半波天线的辐射，这个水平半波天线安防在小环天线的轴线上。

环天线的近似辐射电阻：

Rʀ=3.12*10⁻⁴（NA/λ ²）²

N 环的圈数

A 环的面积，单位平方米

λ 工作波长火牛网，单位米

小型发射环天线其辐射电阻非常低，例如，一个单圈一米直径的圆形环天线，其包含的面积为π *0.52=0.785m²，假设工作在 14M，其波长为 21.4 米，这样计算出来辐射电阻仅为 0.092 欧姆火牛网。

不幸的是，环本身还存在损耗，包括损耗电阻以及趋肤效应带来的损耗，将这些损耗考虑进去，辐射效率就可以从下面的式子计算出来：

η =Rʀ/(Rʀ+R˪)*100%

η 天线效率，%

Rʀ辐射电阻，欧姆

R˪损耗电阻，欧姆，包含了环导体本身损耗+串联调谐电容器的损耗。

损耗电阻 R˪主要来自于导体的交流电阻，发射环天线通常采用直径至少 3/4 英寸以上的铜导体，已获得较好的效率，管状的比实心的导体更加有用，因为高频电流仅仅在导体很浅的表面流动，导体的中心部分，几乎不影响高频电流的流动。

需要注意的是，上面的 R˪还包括了调谐电容的损耗，通常情况下，电容器的空载 Q值可以认为很高，调谐电容的任何损耗几乎可以忽略。例如，一个极板没有机械接触的高品质调谐电容器，（比如可变真空电容器和蝶形发射用电容器）的空载 Q 值可以达到

5000 以上，这相当于在 100 欧姆的电容容抗中串联了 0.02 欧姆的损耗电阻。但是，当环的辐射电阻仅有 0.1 欧姆量级时，这个微小的电阻就变得十分明显。

当小环天线谐振时，由于天线回路的 Q 值非常高，在谐振发射环天线中的所有器件都将承受大电流和高电压，这要求天线中的所有器件都要考虑到这一点，任何连接电容器的和环之间的导体也不列外。一根普通的连接导线可能比环导体本身的电阻都要大。

所有最好是使用从同轴电缆剥出来的铜带或铜编织带作为所有的连接线，并采用焊接以获得尽可能好的电气连接，应避免使用螺母和螺丝，因为在射频环境下，这样的连接具有较高的电阻，尤其受到风化腐蚀之后更加严重。

要拥有一个体积又小效率又高的发射环天线，它的有载 Q 值非常高，因此工作带宽

非常窄，也许 5KHz 的变化都需要调谐。

小环天线的性能

一个 8.5 英尺周长的八角形铜环天线的响应（宽度为 16.2 英寸)，与一个全尺寸λ/4 地网垂直天线，带有两条升高的 λ/4 地网导，以及一个同样尺寸的小环天线，但翻平后处于 30 英尺高度，最后还有一个 λ/4 的平顶偶极天线在高度 30 英尺处。 λ/4 地网垂直天线和垂直极化环天线都是在 8 英尺高，ρ=5 mS/m, ε=13 的普通地面条件。高度较低的垂直极化环具备很好的竞争力，相比于大得多的地网天线在低仰角处仅仅差 2.5 dB。而且垂直环在高仰角与低仰角辅射一样，所以对子于本地电台的工作要优子在高仰角带有深凹陷特性的垂直地网天线。然而，那个简单的平顶偶极天线，比两个垂直天线都要好，这是因为相比于水平极化信号来说，地面对垂直极化信号的反射性能不好。

一个小型的发射环天线可以提供接近全尺寸的偶极或垂直天线的性能。為此，举个例子说明，一个 100 英尺周长的环天线在 1.8 MHz 工作频率时需要 30 英尺高，而一个能良好工作的偶极天线将是 240 英尺(λ/2) 并且至少需要 120 英尺的高度(λ/4)。一个λ/4 的垂直天线有 120 英尺高，并且需要许多地面上的接地线，每根都有 120 英尺长度。所以用一个更小的环天线可以替代那些天线，而在性能上仅仅造中等的下降，另外还需要一个高压可调电容器。在较高的工作频率，可以用同样的比率，但全尺寸的天线就没有那麼引人注目了。不过很少有居民可以竖立一根性能良好的带有全尺寸地网的垂直 7 MHz 天线。即使在 14 MHZ，一个 3 英尺高的环天线也可以通遍全世界。除了小尺寸带来的代价是窄的带宽和需要高压电容器外，这种小型发射环天线确实是个优秀的天线，可以在无法实现架设大型天线的地方派上用场。

表1：小环天线主要波段性能参数

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