適合144MHz使用的5/8波長及多段共線式天線
from 黃偉
現時，2公尺(144-146MHz)和70cm(430-440MHz)波長的流動式和中繼式的發射機己普遍採用垂直極向的發射天線，這種天線兼且能在低角度下得到全向性的輻射;其應用範圍由手提式收發機的伸縮天線，及至到多段半波長振子共線的系統，都能比單半波長偶極子獲得較大增益。通常最流行的天線有所謂"5/8波長"垂直天線可作為固定發射的天線，這包括了安置在金屬"地網"(radials)系統上的天線，這個"地網"的目的是形成一 "人造地"或"地平面"，這種天線還廣泛應用作流動式，在這場合，可將天線安裝在汽車的頂蓋上或車旁某部份，當作為地平面。
四分一波長垂直天線
一枝四分一波長的垂直天線振子安裝在地球的地面上，在其接近地的末端，有一比較低阻抗的饋電點，這種天線在所有的水平方向都能產生有相等的輻射量，假設有良好傳導電的地與校低的垂直輻射角，正如(圖一)所示。無論怎樣，這種天線是不適宜於VHF波段。因為，縱使是有良好傳導的真實地，但輻射訊號被圍繞的建築物、大廈和牆壁等等所吸收。在任何情況下，真正的地與及良好的導體是差有一段極遠的距離，所以，輻射功率的損耗是會發生的。唯一的方法是在天線的下面製造一個高傳導性的人造地。以減少因離地太高而造成的損失。當整個天線系統架設起的時候，天線依然在垂直角下輻射，因此環境建築物造成的衰減大大地克服了，甚至地平線上升和有效的工作距離也增加了。
有很多同樣的理由去採用1/2波長天線，在其中心點，它具有較低阻抗的饋電點，伋假設有良好傳導的地及當天線是與地面垂直時，輻射亦在低角度下產生。輻射訊號有很高的衰減是一個大問題，這是因為環繞的建築物和被地吸收而造成的損失依然存在。無論怎樣，這天線是離地面有數個波長之距，它有如一枝"自由空間"的天線，地面損耗可以減到很低。鄰近大廈造成的衰減也可減少，還有，更高的天線會有更大的工作範圍。
上述兩種有用的基本天線在所有方向下能供應低角度的輻射，簡單的四分一波長地平面天線可以改造，以增加輻射，一般可使用的"共線(colinear)"的天線可使用"自由空間"偶極子天線來提高單元的增益。
5/8波長地平面
所以叫作"5/8波長"是因為其物理長度(即用尺來量度)大約是八分五個波長，其實在電氣長度而言，它是3/4波長，因當電流和電壓分佈在天線上時它是佔有四分三個波長，如(圖二)所示，第一部份為電氣的1/4波長，因為這部份是負載線圈所組成。天線是需要一地平面，以得到有效的工作和饋電點阻抗的 50-Ohm。製造過程不會很困難，天線和"地網"兩部份可由薄的銅或鋁通所造成。舊的雨傘的骨架也可以造成地平面，這一點留待最後再述說。負載線圈用 16 swg 漆皮線繞在 19mm(0.75吋)直徑的PTFE(聚四氟乙烯)線圈架上，共繞四圈，天線的頂部份是可以伸縮的，以調整至適當的諧振點，天線的外形和尺寸如(圖三)所示。
無論50-Ohm的輸送線有多長，也無需要將饋送線作損耗補償。因為，輻射振子與"地網"已可適當地把天線調至諧振點，天線的駐波比將不會超過1比1.1或1.2。若果輸入天線的功率為10 Watts，在天線的電壓點，即(圖三)的"X"點位置，就足以令到一枝6 Watts的螢光燈(240V)或普通的燈泡完全發亮。
(圖四)為負載線圈和地網的製作方法。地網的長度不應少於約510mm(20吋)，實際的長度則以各個別情況而以駐波比錶求出為準。地網的徑向器數目基本上是四枝, 但用六枝則較為良好，基底的圓盤可用銅製成，其厚度要可以支持四或六枝徑向器銲接於其上為可。最理想的情況是不應把徑向器屈曲來達成低的駐波比。若果不能調校徑向器的長度來獲得諧振點，這表示可能有其他毛病，例如饋電線阻抗有錯誤或在發射機的輸出端不匹配等等。諧振點的調校也可由天線的頂端的一節上下移動來完成，但要留意附近的其他導體也可造成很大的影響。要避免雨水進入同軸線的開口端而影響整枝天線的效率，最好用 self-bond tape 將線口及線圈封密。再塗上一層漆油，以防止氣候的侵蝕。
這種天線也適合用於汽車上，利用車身作為地平面。天線最好是裝在車頂正中央位置，負載線圈應與車身金屬有良好的絕緣。
共線式天線 (Colinear Aerial)
這種天線也是屬於全向性，其有效增益程度亦高於偶極子天線，製作方面也並不太困難。現時，在商品上已製造了很多這種共線式的天線，其工作頻率在144MHz及430MHz都有，早期的產品大都標示著一個往往都令人感到懷疑的增益數字，在規格上時常都引用有"10dB甚至更多的增益"，其實這是沒有意思的，除非能同時提供一個參考電平作比較才能與之有關係，因為 dB (decibel)是一個比較單位而不是一個絕對值。另一個在表面上看起來像是高增益的數字，但這些數字卻是由與1/4波長天線作比較而得出的，在效率方面而言，1/4波長天線 則較半波偶極子低很多，這一點不可不注意。而業界作增益測量的標準型式的 0 dB參考天線都是以半波偶極子在自由空間中為基準。
一枝簡單共線的天線陣列是包含兩枝半波長的偶極子，再用平衡環使它們得到"同相位"的輻射，所以其總輻射功率為單偶極子的1.5倍。即是功率增益大約為 2dB，如(圖五)，增多振子的應用數目，可得到更高的增益，又加上傳統的密排式振子系統時，如三段振子系統會有大約3.2dB的增益，四段則會有大約4.3dB的增益，超過四段或以上的在144MHz頻帶內就因為體積太大而很少會用得著了。除此之外振子的間隔距離越闊，增益也越高，例如:間隔為0.4波長時，兩段振子就已得到超過3dB的增益了，可是這個安排卻會令獲得一個適當的饋送匹配和50-Ohm或75-Ohm同軸電纜的相位調整變得很困難。(註:本文中所標示的增益數字是以半波偶極子天線在自由空間作為0dB參考基準)密排式振子系統在結構上和饋送上都有較好的匹配及論點。
(圖六)所示為一枝二單元共線式天線的垂直輻射角圖，但它正如所有的VHF垂直天線一樣，是越裝得
高越佳。
製作過程
整枝天線應與桅杆或支架有良好的絕緣，因為振子的末端有很高的RF電勢，這就是說振子間也應該要有良好的絕緣。振子和匹配截線可由較粗的銅線製造，但需要一額外的絕緣支撐物。物料方面以銅管或鋁管較為適合。絕緣材料則可考慮用PVC水管，取其很堅硬，能夠支撐重的管形振子，若振子和截線是用銅水喉管造成，那就要用連接管把它們連接在一起。
饋送與匹配
輻射振子是屬於"同相位"的，振子是由四分一波長的截線相連接，整個系統的饋送要在其中一截線的恰當點來進行。雖然同軸電纜有不平衡的饋電效應，但加上如(圖七)所示的平衡環(balun loop)後，阻抗會增加至大約四比一，即約可得到 200-Ohm 的阻抗，因而產生了平衡作用。要使振子產生適當的諧振點，截線當然要有精確的製作。良好的匹配和低的駐波比，就要依靠在截線上找尋適當的饋電點，以連接饋電同軸線及平衡環。
(圖八)為二，三及四段振子共線式天線的外形。
實用的共線式天線
(圖九)為筆者自製的共線式天線，振子和截線都是由銅水管所造成，並且用肘管或曲管將它們連接起來，其接口最好用比較熱的銲槍銲接牢固。整支天線可安裝在金屬桅杆的頂上，正如(圖九)所示。用一個Ｔ型連接器與在下面的一條截線鑲嵌。而在連接器的下端則插入一截PVC水管，此類連接器可在五金店購得。(圖九)為天線的實體尺寸，至於平衡環的詳情可參閱(圖七)。調整饋電接點 "X"的位置至最大輻射(可配合使用場強錶，功率錶)及最低的駐波比。除此之外，有訊號產生器的HAM友還可將一穩定訊號輸入天線，再把"X"點的位置調校至訊號錶讀數最大為止。
(圖十)為一4段振子共線式天線，也是用銅管，排水管造成，而截線則用較硬的銅線屈成。饋電線需要一些支撐，以防將截線拖下，較上和較下的截線則捲成大約150mm(6吋)直徑的圓圈，以減少風阻。每段振子是1m(39.5吋)長，而其校準過程也是要達到最大的輻射和最低的駐波比。
傘骨架的地平面
如前面所述說過，一把舊的雨傘，剪掉傘上的圓布，剩下來的骨架就可以製成一個優良的2公尺地平面，雨傘的肋骨必須銲接一起，因為肋骨間的導電較差，用如(圖三)及(圖四)所述的5/8波長的輻射體和負載線圈，加上傘形的地平面，就組成一枝有用及輕便的天線，若輻射體是造成分離式時，還可以將地平面覆摺起。若是作為攜帶之用，所需的是一枝輕巧的伸縮桅杆。(圖十一)是筆者自行安排的天線，在空曠的地方加上一支四米高的桅杆，便成為一支很有效率及便於攜帶的天線來了。
鳴謝 : 黃偉 君提供如此詳盡圖片及資料
