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。當單元間距變化時兩個單元的增益如圖2所示。盡管當端到端間隔在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，隨長度增加。當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。

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)導體尺寸，高度及類似的因素，線天線的饋電點阻抗可以預計在4~6 k Ω范圍內。

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4單元共線陣，虛線對應3單元共線陣，點線對應2單元共線陣，點虛線對應2偶極天線。

注意這些電容必須與功率電平相適應。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匹配段轉換為200Ω，然后再用

4:1巴倫轉換為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 平面的響應如圖4所示，將其和下面描述的更為精細的共線陣的響應作比較。

3單元和4單元陣

在一根長導線上，電流流動的方向每隔λ/2長度反轉。結果，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線天線可替代的λ/2部分。圖5A中傳輸線的右側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相位反轉短截線。在這種安排中，關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單元之間采用相位反轉短截線。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相短截線的電流分布。通過使用適當?shù)钠ヅ洳糠郑桓ヅ鋫鬏斁€可以替代調諧線。

一個4單元陣列如圖5( C ）所示。如圖顯示，當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，沒必要在線調試。然而，如果需要，當系統(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，并使用短路棒來調整它們的長度。把單元連接到短截線，調整短截線諧振，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諧器。當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，那么可以用單導線的共線陣列這種簡單的形式就能獲得相當明顯的增益。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。

提升一個標準的擴展雙 Zepp 天線性能的關鍵，是改善電流的分布，其中一個最簡單的辦法是在導線中接入一個電抗，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產生變化。

有幾種有趣的組合可以設計出來，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。

?實驗結果

該天線用＃14號導線和兩個各3.5英寸長的 RG -213電纜構成的電容器來制作，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同軸電纜構成的串聯(lián)電容器詳細結構。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，另外末端效應也會稍微增加電容量。如有可能，應該用電容表來修剪調整電容器，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。

得到的這些結果與用計算機建模預測的非常接近。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．小值通過修剪調整到波段的高端，點劃線是將最小 SWR 設在3.8 MHz 頻率上所計算出來的響應曲線。

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，簡單的單線結構就能提供如此好的性能。