共線陣總是以單元同相的方式工作（如果使該陣列中的單元變?yōu)楫愊啵到y(tǒng)簡單地變成諧波型天線系統(tǒng)）。

一個共線陣是個寬邊輻射器，最大輻射方向位于天線電線右邊的角度上。

饋電點阻抗

對于兩個同相共線單元的饋電點阻抗如圖1所示。饋電點阻抗隨著天線鄰近的端點間隔增大而減小，并在間隔位于0.4λ~0.6λ較寬的范圍內(nèi)經(jīng)歷最小值。因為這一最小值比獨立天線所取到的最小值并不小多少，所以它的增益并不超過非耦合天線的增益。具體來說，共線單元所取得的最優(yōu)功率增益大約為2(3 dB )。當(dāng)兩端間隔很小時（通常的工作方式），增益隨之減小。

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圖1 在單元中心測得的作為兩個同相工作的λ/2自諧振共線天線單元間距的函數(shù)的饋電點電阻。

功率增益

由于共線單元之間存在互耦的本性，饋電點阻抗（與約為73Ω的單個單元作比較）被增大。由于這個原因，功率增益不和單元數(shù)目呈正比增長。當(dāng)單元間距變化時兩個單元的增益如圖2所示。盡管當(dāng)端到端間隔在0.4λ~0.6λ范圍時增益最大，使用這一數(shù)量級的間距搭建起來不方便，并且對兩個單元饋電時帶來問題。結(jié)果，共線單元幾乎總是以它們的兩端挨得非常近的方式工作。在導(dǎo)線天線中，通常在兩者之間只有一個張力絕緣子。

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圖2 作為相鄰端點間距的函數(shù)的兩個共線λ／2單元的增益

在相鄰單元的末端間距很小條件下，假定使用12號銅導(dǎo)線，共線陣列相對于自由空間偶極天線的功率增益的理論值近似如下：

2個共線單元﹣--1.6 dB

3個共線單元﹣-3.1 dB

4個共線單元﹣-3.9dB

超過4個單元很少使用。

方向性

共線陣列的方向性，在包含陣列軸的平面內(nèi)，隨長度增加。當(dāng)使用多于兩個單元時，方向圖上出現(xiàn)小的副瓣，但是這些副瓣的幅度足夠低以至于它們常常是不重要的。在與陣列成直角的平面上，無論單元數(shù)是多少，方向圖是個圓。因此，共線操作只影響 E 平面的方向性，即包含天線的平面。

當(dāng)一個共線陣列的單元垂直放置的時候，天線在所有幾何方向上輻射相等。這樣堆疊的共線單元陣列傾向于把輻射約束在低仰角內(nèi)。

如果共線單元呈水平放置，在與陣列成直角的垂直平面上的方向圖與個位于同一高度的簡單λ/2天線的垂直方向圖相同。

2單元陣列

最簡單且最流行的共線陣列使用兩個單元，如圖3所示。該系統(tǒng)通常被認作為同相雙半波振子。包含導(dǎo)線軸的平面上的方向圖如圖4所示，圖上疊加了偶極天線和2、3、4單元共線陣的方向圖。根據(jù)導(dǎo)體尺寸，高度及類似的因素，線天線的饋電點阻抗可以預(yù)計在4~6 k Ω范圍內(nèi)。

如果天線是由具有低 λ/dia 比（波長對直徑的比值）的管子做成，低電阻值1000Ω是典型值。系統(tǒng)可以通過對于普通長度具有可忽略損耗的開路調(diào)諧線饋電，或者如果需要可以使用匹配段。

如果使用了在某種程度上短于λ/2的單元，那么可以采用以略微降低增益為代價的額外的匹配策略。當(dāng)單元縮短的時候，會發(fā)生兩件事﹣﹣饋電點阻抗降低且阻抗具有可以用簡單的串聯(lián)電容調(diào)諧的感性電抗，如圖3( B ）所示。

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圖3 ( A ）為2單元共線陣列（同相雙半波振子）。所示的傳輸線將作為調(diào)諧線工作。匹配段可以被替代，且如果需要的話，可以使用非諧振線，如（ B ）所示，匹配部分是兩個串聯(lián)電容。

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?圖4 對于自由空間偶極天線，2,3和4單元共線陣列的 E 平面方向圖。實線對應(yīng)4單元共線陣，虛線對應(yīng)3單元共線陣，點線對應(yīng)2單元共線陣，點虛線對應(yīng)2偶極天線。

注意這些電容必須與功率電平相適應(yīng)。像那些在功率放大器中經(jīng)常使用的小的門把手電容是合適的。舉個例子來說，如果一個40m2單元陣列的每一邊都從67英寸縮短到58英寸，饋電阻抗從幾乎是6000Ω降到大約1012Ω并具有1800Ω感性電抗。可以通過在饋電點處插入25 pF 電容使電抗抵消掉。1012Ω電阻可以通過由450Ω延遲線組成的λ／4匹配段轉(zhuǎn)換為200Ω，然后再用

4:1巴倫轉(zhuǎn)換為50Ω。按照建議縮短陣列降低增益0.5 dB 。

另一種維持增益的策略是使用450Ω的λ／4匹配段，并稍微縮短天線使它具有4000Ω電阻。那么在匹配部分的輸入端的阻抗接近50Ω，并可以使用一個簡單的1:1巴倫。很多其他的方法是可能的。對于一個2單元共線陣列，自由空間 E 平面的響應(yīng)如圖4所示，將其和下面描述的更為精細的共線陣的響應(yīng)作比較。

3單元和4單元陣

在一根長導(dǎo)線上，電流流動的方向每隔λ/2長度反轉(zhuǎn)。結(jié)果，共線單元不能簡單地端對端連接；要使所有單元中的電流沿同一方向流動，必須采取一些措施。當(dāng)使用兩個以上共線單元的時候，為了使所有單元上的電流同相，有必要連接相鄰單元間的定相短截線。在圖5（A）中，在兩個左手單元上的電流方向是正確的，因為短路的λ/4傳輸線（短截線）連接在它們之間。

這個短截線可能被簡單地看作一根折疊回自身來消掉輻射的長導(dǎo)線天線可替代的λ/2部分。圖5A中傳輸線的右側(cè)部分具有總長度三個半波長，中心半波被折疊回來形成一個λ/4相位反轉(zhuǎn)短截線。在這種安排中，關(guān)于饋電點阻抗沒有數(shù)據(jù)可得到，但是各種考慮表明它應(yīng)該超過1000Ω。

對3個共線單元饋電的另一種可選擇的方法如圖5B所示。在這種情況下，功率在中間單元的中心處施加，并且在該單元和兩個外側(cè)單元之間采用相位反轉(zhuǎn)短截線。該情況下在饋電點處的阻抗超過300Ω，并且提供對300Ω線的近似匹配。

當(dāng)采用600Ω線的時候， SWR 小于2:1，這種類型的中心饋電在某種程度上比圖5A的裝置更有優(yōu)勢，因為系統(tǒng)總體上是平衡的。這保證單元間更均勻的功率分配。在圖5A中，右側(cè)的單元有可能在某種程度上比其他兩個單元接收到更少的功率，因為一部分輸入功率在它到達位于很偏右邊的單元之前，被中間單元輻射掉了。

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圖5 3單元、4單元共線陣的布局圖。對3單元陣饋電的替代方法如（ A ）和（ B ）所示。這些圖也顯示了天線單元和調(diào)相短截線的電流分布。通過使用適當(dāng)?shù)钠ヅ洳糠郑桓ヅ鋫鬏斁€可以替代調(diào)諧線。

一個4單元陣列如圖5( C ）所示。如圖顯示，當(dāng)在中心單元之間饋電時，系統(tǒng)是對稱的。在3單元情況下，無法得到關(guān)于饋電點阻抗的數(shù)據(jù)。然而，具有600Ω線的 SWR 會大大超過2:1。

圖4比較了2,3,4單元陣列的方向圖。共線陣列可以擴展到大于4個單元的情況。然而，簡單的2單元共線陣是使用最頻繁的類型，因為它適合多頻帶工作。使用的兩個共線單元很少超過兩個，因為從其他類型的陣列可以得到更多增益。

調(diào)試

在任何所述的共線系統(tǒng)中，以英尺為單位的輻射單元的長度可以從公式468/fMHz中找到。如果短接線是裸線（阻抗為500~600Ω)，你可以在對于λ/4線的公式中假定速度因子為0.975。通常，沒必要在線調(diào)試。然而，如果需要，當(dāng)系統(tǒng)具有兩個以上單元時，可以采用下面的步驟。

斷開所有短截線和所有除了與傳輸線直接相連的單元（在圖5B所示的饋電情況，只剩下連接到線的中心單元）。使用還連著的單元。當(dāng)合適的長度確定下來之后，把所有其他的單元切到相同的長度。使定相短截線稍長，并使用短路棒來調(diào)整它們的長度。把單元連接到短截線，調(diào)整短截線諧振，就像短路棒上最大電流表明的那樣或者由傳輸線上的 SWR 表明。如果使用3個或4個以上單元，最后一次添加2個單元（陣列的一端一個）,每次添加一對新單元之前，調(diào)整系統(tǒng)諧振。

擴展的雙 Zepp

在簡單的雙共線單元系統(tǒng)中，伴隨更寬的間距獲得更高增益的一種方法是使單元稍微長于λ/2。如圖6所示，這增加了兩個在導(dǎo)線末端的同相λ/2部分之間的間隔。中心部分攜帶反向電流，但是如果這部分較短，電流就較小；它只代表λ/2天線部分的外端。因為電流小，長度短，所以從中心的輻射小。每個單元的最優(yōu)長度為0.64λ。長度更長的時候，系統(tǒng)趨向于表現(xiàn)得像長導(dǎo)線天線一樣，并且增益降低。

這個系統(tǒng)被稱作擴展的雙 Zepp 。相對λ/2偶極天線的增益近似為3 dB ，作為比較，對于雙共線λ/2偶極天線為1.6 dB 。在包含天線軸的平面上的方向圖如圖8-46所示。對于所有其他共線陣的情況，位于天線右側(cè)角的平面上的自由空間方向圖和2/2天線的一樣﹣﹣圓。

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圖6 拓展的雙 Zepp 。該系統(tǒng)給出了比兩個波長大小的共線單元稍微更多的增益。

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圖7 對于圖6的拓展雙 Zepp 的 E 平面方向圖。這也是當(dāng)單元水平時的水平方向圖。單元的軸沿90°~270°線。陣列的自由空間增益近似為4.95 dBi 。

?該天線在工作頻率不諧振，以至于饋電點阻抗較復(fù)雜 R ± jX 。對于一個40 m 雙擴展 Zepp ，饋電點阻抗在頻帶上的變化的一個典型例子如圖8所示。該天線通常用裸線傳輸線饋到一個天線調(diào)諧器。當(dāng)然可能有其他的匹配裝置。下面就是一種把饋電點阻抗變換到450Ω，并消除副瓣的方法。

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圖8 一根自由空間的40 m 擴展雙 Zepp 天線的饋電點阻性和容性阻抗。

一種改進的擴展型雙 ZEPP 天線

如果用于支撐天線的空間允許大于λ/2，那么可以用單導(dǎo)線的共線陣列這種簡單的形式就能獲得相當(dāng)明顯的增益。這種擴展雙 Zepp ( DEZepp ）天線已經(jīng)在業(yè)余愛好者中使用很長時間。

提升一個標(biāo)準的擴展雙 Zepp 天線性能的關(guān)鍵，是改善電流的分布，其中一個最簡單的辦法是在導(dǎo)線中接入一個電抗，可以是電感或者電容。串聯(lián)電容器通常可以有較高的 Q 值和較小的損耗。在盡可能少用器件的條件下，其中任何一種都是值得選擇使用的。

在7MHz頻率上開始調(diào)試時，可以只使用兩個電容器，天線的兩邊各一個。電容的取值和位置可以變化，以觀察發(fā)生的現(xiàn)象。很快就可以清楚，在饋點的電抗通過調(diào)整電容器的值可以消除掉，使天線在整個波段如同只有電阻一樣。通過改變電容器的位置和電容值，使天線發(fā)生諧振，天線饋點的電阻值也跟著從小于150Ω到超過1500Ω產(chǎn)生變化。

有幾種有趣的組合可以設(shè)計出來，最終這里選擇的是如圖9所示的天線，它長度170英寸，兩個9.1 pF 的電容器在天線兩臂距離中25英尺的位置。天線用450Ω傳輸線和一個9:1三磁芯的 Guanella 類型巴倫來饋電，轉(zhuǎn)換為發(fā)射機所要求的50Ω。傳輸線的長度可以任意，工作時具有很低的 SWR 。

這個天線所有要討論的就是這些了。圖10的輻射圖形中也疊加了一個標(biāo)準的 DEZepp 天線作為比較，旁瓣減少到20 dB 以下，主瓣在3 dB 點的寬度是43°，而原來的 DEZepp 只有35°。這個天線使得一個偶極天線能獲得大于50°的寬度，而主瓣的增益僅僅比原來的 DEZepp 天線下降了0.2 dB 。

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圖9 改進型的N6LF擴展雙 Zepp 天線原理。整個長度是

170英尺，在天線兩邊距離中心25英尺的位置各有一個9.1 pF 的電容器。

圖10 N6LF擴展雙 Zepp 天線的方位輻射圖（實線），與經(jīng)典的擴展雙 Zepp 天線（點劃線）作了比較。改進后天線的主瓣比經(jīng)典型的稍微寬一些，旁瓣的壓制也更好些。

?實驗結(jié)果

該天線用＃14號導(dǎo)線和兩個各3.5英寸長的 RG -213電纜構(gòu)成的電容器來制作，見圖11A。要注意仔細地處理好電容器的防潮密封。在饋入1.5kW功率時電容器兩端的電壓大約為2000V，所以任何的電暈發(fā)生都有可能損壞電容器。

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圖11 用 RG -213同軸電纜構(gòu)成的串聯(lián)電容器詳細結(jié)構(gòu)。在（ A ）中是N6LF所采用的方案；在（ B ）是一個對密封電容器以提高防潮性能的一種推薦辦法，就是加上一段有蓋子的 PVC 管。

可以用硅膠來密封，將同軸電纜兩端密封好，最后再用塑料膠布包扎緊密。圖中所畫的焊點是為了防止潮氣通過編織網(wǎng)滲透進去，并固定住芯線導(dǎo)體。對于需要長期在室外氣候下使用來說這些都是非常重要的細節(jié)。還有一個更好的辦法是將電容器放到一個兩端帶蓋子的一段 PVC 管里面，見圖11( B )。

注意，不是所有的 RG -8類型電纜都具有相同的每英尺電容值，另外末端效應(yīng)也會稍微增加電容量。如有可能，應(yīng)該用電容表來修剪調(diào)整電容器，不過它并不需要太精確，已經(jīng)檢驗過電容值變化±10％后的影響情況，發(fā)現(xiàn)天線依然能工作得很好。

得到的這些結(jié)果與用計算機建模預(yù)測的非常接近。圖12就給出了整個波段的 SWR 實測值，這些測量采用鳥牌（ Bird ）的雙向功率表，最差的 SWR =1.35，是在波段的邊緣。

?圖12 N6LF DEZepp 天線在整個40 m 波段的實測 SWR 曲線。

Dick Ives /W71SV架設(shè)了一根80 m 波段的這種天線，如圖13( A ）所示。串聯(lián)電容器是17 pF 。由于他對 CW 不感興趣，所以 Dick 就將最低 SWR 調(diào)整到波段的高端，如圖中給出的 SWR 曲線那樣（見圖13B)。該天線還可以調(diào)諧到更低一些的頻率工作，整個波段 SWR <2:1，如虛線所示。

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圖13 75/80 m 波段改進型的擴展雙 Zepp 天線，采用 NEC Wires 設(shè)計。( A ）是天線的原理圖，( B ）是跨過75/80 m 整個波段的 SWR 曲線。實線是W71SV的天線測量曲線，它的 SWR 最．小值通過修剪調(diào)整到波段的高端，點劃線是將最小 SWR 設(shè)在3.8 MHz 頻率上所計算出來的響應(yīng)曲線。

這種天線提供了較寬的工作帶寬，以及在整個75/80 m 波段中等的增益，并非有很多的天線可以像它一樣，簡單的單線結(jié)構(gòu)就能提供如此好的性能。