为何3根导线=整个世界？

许多人都喜欢垂直天线，尤其是低于14 MHz的。这些天线占用空间很少。只要我们开动脑筋，就可以用导线来制作它们。通过使用垂直偶极子，我们可以避免铺设地面平面的麻烦。我们甚至可以在没有旋转器的情况下工作。最大辐射的低仰角不仅对DX有利，还是一种天然的滤波器，可以过滤掉来自更近处的QRM和QRN。

如果说存在问题，那么有两个：1. 天线的增益较低，2. 我们需要一个支撑垂直的支架或者从高处悬挂长导线的东西。对于第一个问题，我可以稍微帮助一下，但第二个问题就需要你自己解决了。如果你有一些高大的树木，你可以考虑尽可能高地悬挂支撑绳索，并从上面悬挂你的垂直偶极子。用于高HF波段的高塔也可以作为垂直阵列的锚点。

然而，让我们保持增益要求适中——比如说比单个垂直偶极子多3dB的增益。但是，我们也要继续实现我们的全球通联的目标。假设我们可以挂3根导线，我们就可以制作一个漂亮的小三角寄生阵列，它可以完成我们需要的工作。

基本布局

对于40米和30米波段，导线垂直偶极子变得非常实用。大约距离地面10英尺，它们的发射仰角约为16度，并且具有超过1dBi的增益。但它们很高，40米的垂直天线几乎达到80英尺，而30米的垂直天线则伸展到55英尺以上。

如果我们能控制高度，我们就可以用3根导线构建一个可切换的定向寄生阵列。图1显示了总体布局。本质上，该系统由三个垂直部分组成，其中两个作为第三个的寄生反射器，第三个是驱动元件。寄生排列可以在单个垂直元件的基础上获得约3dB的增益，并且无需计算和修剪相位系统即可实现15至16dB的前后比。如果这些好处足够，那么我们就可以继续。

图1的右侧显示了如何计算等边三角形中三个元件的位置。如果我们知道面长A，那么其他元件的位置可以这样确定：

B = .577 A

C = .289 A

D = .5 A

我们应该把A做得多大呢？实际上，A的长度取决于两个因素，这两个因素都不是从理论中取出的某个特殊波长分数。让垂直元件之间的距离从0.12波长到大约0.25波长，可以获得几乎相同的增益和几乎相同的前后比（使用寄生排列）。那么，我们可能会设定什么距离呢？

首先，当作为偶极子隔离时，驱动单元必须从其自然谐振长度缩短。我们将相应地缩短所有三个单元，因为每个支单元都将依次作为驱动元件。然而，缩短所有导线的长度将需要我们加载两个支腿以使它们充当反射器。我们可以通过加载线圈的方式艰难地完成这个任务，或者我们可以用同轴短截线轻松完成。我们将把短截线引入一个中央接线盒，其中反射器短截线将短路，驱动短截线将成为馈电系统的另一小段。这样，我们可以使用远程开关和一些继电器来改变阵列的方向。因此，用作短路短截线的馈电线的长度有助于确定长度B，因为我们可能希望将线路直接引入位于3根导线中央的升高盒中。

第二，边长A决定了驱动元件的馈点阻抗。当边长A约为0.16波长时，驱动源的阻抗接近50欧姆，这确实是一个非常方便的值。在7.1兆赫时，这个距离约为22英尺。使用这个边长，距离B变为约12.7英尺。对于装配来说，加载短截线的长度至少会这么长吗？实际上，我们还有一点长度可以节省。对于50欧姆、0.66速度因子的线路所需的短截线长为16.4英尺，足以允许线路中有一些直接连接的余量。

对于那些不熟悉计算短路短截线长度的人，确定传输线长度引起的感抗性的基本方程是：

其中，L是线路长度，WL是波长，两者都以相同的单位表示，VF是线路的速度因子，ZO是线路的特性阻抗，XL是电感抗性。求解L（线路长度），我们得到

其中这些参数与方程1中的意义相同。如果我们想将接线盒放在地面上，我们可以增加线路的半波长（考虑到速度因子）并达到相同的反射器加载目标。

以下是40米和30米的一些初始尺寸，假设每个天线距离地面10英尺。

三角形因子（以英尺为单位测量）：

频率 A B C D

7.1 22' 12.7' 6.35' 11'

10.1 15.5' 8.95' 4.47' 7.75'

天线导线（#12）和电缆因子（以英尺为单位测量）：

频率 垂直长度 顶部高度 短截线长度（RG-213）

7.1 65.9' 75.9' 16.4'

10.1 46.325' 56.325' 11.7'

如果您从给定的垂直位置向上或向下移动，预计所需尺寸会有一些小的变化，但变化不会太大，以至于您无法使系统工作。

切换系统

三角形阵列的波束宽度在-3 dB功率点之间为128到130度宽。由于120度是水平面的三分之一，因此在驱动器和反射器功能之间用三个开关位切换单元将覆盖整个水平面。

图2显示了一个涉及三个DPDT继电器的阵列简单切换系统。原理图显示天线1为驱动器，垂直天线2和3具有短截线。请注意，当短截线短路时，短截线屏蔽层与主馈线屏蔽层隔离。当短截线成为馈线的延伸时，其屏蔽层连接到馈线。

继电器可以是从小型本地购买的低功率使用品到用于高功率操作的大型单元均可。这些组件需要一个防水箱，但同轴连接器不应直接接地到机箱，因为这会破坏屏蔽层隔离。除了正常的同轴馈线进入到电台室外，一根4线旋转器电缆（或适合室外使用的类似电缆）根据电台室中开关的位置向继电器供电。当然，在线路的电台室端，您可以制作任何所需的指示系统，从简单的LED行到显示阵列指向的方向的小地图。

在原理图中，当没有施加电源时（即，当电台处于空闲状态时），所有继电器都恢复到短路短截线模式，馈线与三个垂直导线偶极子断开连接。您可以在接线盒系统中添加您认为合适的其他安全功能。

性能

我们非一定期待这个非常简单的阵列表现如何？答案在于一些正确诠释的远场图。

图3展示了三种可能的方位角图，每种开关位置对应一个。但是，不要完全按照这些图表所示来解读。

首先，请注意覆盖范围中存在轻微的零点。虽然这些零点很浅，但您可能希望将阵列定向，使零点指向没有火腿的地方。

其次，增益数值仅适用于天线放置在平均地面上的情况。随着土壤在一般类别方案中的改善或恶化，增益将增加。（考虑到更多种类的线圈条件，各种土壤上增益与高度的实际模式变得更加复杂。）然而，与单根垂直导线相比，增益的改善将保持恒定。虽然“平均土壤”产生的增益数值几乎是任何土壤中的最低值（这取决于其上的确切垂直高度），但随着土壤的改善，发射角将减小，而随着土壤条件恶化，发射角将增大，几乎与增益完全无关。

第三，这些数字显示了阵列30米版本产生的稍微更高的增益数值。由于天线有效高度较低，我们将每个天线放置在最低高度为10英尺的位置，因此40米增益数值比30米版本低约0.15分贝。

图4中显示的仰角图展示了垂直阵列的最大优势。较低的发射角有利于DX天波通信，而前后比虽然稍显不足，但也非常有用。

不存在显著的高角度波束，包括头顶上方完全没有波束，对于通信也是有益的，因为相对于水平偶极子或类似天线，源自短跳频距离的QRM和QRN自然会被衰减。（然而，这一特性并不影响本地区域噪声，其中许多是垂直极化的。）

对于阵列来说，SWR曲线在40米频段表现良好（但并非完美）。将设计中心频率稍微调高于或低于7.1 MHz，可以覆盖所需的频段边缘。随着频率低于设计中心频率，波束的前后比会略有降低，但增益会增加一些。频率升高时，增益会降低，但前后比会保持。

在30米这个狭窄范围内，SWR完全不是问题。频段不够宽，波束不会发生显著变化。

结论

三角阵列可以针对多个频段进行缩放和调整。例如，一个10米版本的天线可以安装在单根桅杆上，使用三根5英尺长的PVC臂支撑三个垂直偶极子。在这种情况下，偶极子可以使用3/4英寸到1英寸不等的铝制管材组合。VHF版本的天线甚至可以更加紧凑。当天线距离地面几个波长时，低角度增益会显著增加，同时保持宽波束宽度，提供3个开关位置的全水平覆盖。

ON4UN在他的著名著作《低频段DXing的天线与技巧》中，专门用了一整章（第11章）来讨论相位馈电的垂直阵列。然而，垂直Yagi天线（即寄生阵列）只得到了一章的极少关注（第13章）。确实，一个正确相位馈电的垂直阵列能够实现非常深的180度零点。然而，对于许多操作者来说，其前后比可能并不足以超越寄生阵列的优势，从而证明完美相位调谐的努力是值得的。此外，完美零点发生的相位调谐与最大增益的单元间相位调谐不同，增益差异可能接近1分贝。那些重视后部静音的人们会继续小心地为其系统提供相位馈电。然而，那些喜欢简化安装的人可能会希望探索寄生技术，在增益和前后比之间找到一种折衷。Ted Hart，W5QJR，几个月前在antenneX展示了一个5导线设计。你可以把这个3线阵列看作是他系统的小兄弟，因为它本质上是一个带有双反射器的双单元垂直Yagi。像更大的系统一样，通过适当的切换，它可以覆盖整个水平面，带来一定的增益和一些有用的前后比。

当然，对于许多人来说，实现这一系统所需的高度可能遥不可及。我们中的许多人使用的垂直天线长度远小于完整的1/2波长。正如我将在后面的内容中尝试展示的那样，并非所有事情都不可挽救：对于短垂直天线操作者来说，仍旧可以选择三角形阵列，感兴趣的朋友可以继续阅读下一篇文章。