垂直天线
垂直天线（Vertical Antenna）是业余无线电中另一种非常流行的天线类型。它占地面积小、具有全向性辐射特性、辐射仰角较低，特别适合远距离（DX）通联和空间受限的安装环境。
1/4 波长垂直天线
基本原理
1/4 波长垂直天线可以理解为半波偶极天线的"一半"——将偶极天线的一臂垂直竖起，另一臂用地面（或人工接地网）来"镜像"替代。根据镜像原理，理想导电地面上方的 1/4 波长垂直导体的辐射特性等效于自由空间中的半波偶极天线。
长度计算
$$L (米) = \frac{71.25}{f (MHz)}$$
常用波段 1/4 波长垂直天线高度参考：
| 波段 | 频率 (MHz) | 垂直元件长度 (m) |
|---|---|---|
| 40m | 7.05 | 10.11 |
| 20m | 14.15 | 5.04 |
| 15m | 21.2 | 3.36 |
| 10m | 28.5 | 2.50 |
| 2m | 145.0 | 0.49 |
| 70cm | 435.0 | 0.16 |
辐射特性
- 水平面方向图：全向性（360° 均匀辐射）
- 垂直面方向图：辐射仰角较低，有利于远距离通联
- 极化：垂直极化
- 增益：理想条件下约 2 ~ 3 dBi（取决于接地质量）
馈电点阻抗
理想导电地面上的 1/4 波长垂直天线馈电点阻抗约为 36 Ω。实际使用中，通过合理设计径向线，可以将阻抗调整到接近 50 Ω。
接地平面天线（GP 天线）
接地平面天线（Ground Plane Antenna）是 1/4 波长垂直天线的实用形式，用几根径向线（Radials）代替大地作为"镜像面"。
GP 天线的结构
- 垂直辐射元件：1/4 波长的垂直导体
- 径向线：从馈电点向外辐射出的若干根导线，每根长度约为 1/4 波长
- 馈电点：垂直元件底部与径向线之间，通过同轴电缆馈电
径向线的角度与阻抗
径向线的角度（相对于水平面）会影响馈电点阻抗：
| 径向线角度 | 馈电点阻抗 | 说明 |
|---|---|---|
| 水平（0°） | 约 36 Ω | 阻抗偏低 |
| 下倾 30° | 约 43 Ω | 接近 50 Ω |
| 下倾 45° | 约 50 Ω | 最佳匹配 |
| 下倾 90°（垂直向下） | 约 73 Ω | 等效于偶极天线 |
实用建议：将径向线向下倾斜约 45°，可以获得接近 50 Ω 的阻抗，直接用 50 Ω 同轴电缆馈电，无需额外匹配。
DIY VHF/UHF GP 天线
以 145 MHz（2 米波段）GP 天线为例：
材料清单：
| 材料 | 规格 | 数量 |
|---|---|---|
| SO-239 插座 | 面板安装型 | 1 个 |
| 铜棒或铜管 | 直径 3 ~ 5mm | 1 根（约 49cm） |
| 铜线或铜棒 | 直径 2 ~ 3mm | 4 根（约 53cm） |
| 金属管或 PVC 管 | 作为支撑杆 | 1 根 |
制作步骤：
- 将一根 49cm 的铜棒焊接到 SO-239 插座的中心针上，作为垂直辐射元件
- 将 4 根 53cm 的铜线（或铜棒）等间隔（90°）焊接到 SO-239 插座的地端（外壳）
- 将 4 根径向线向下弯折约 45°
- 将 SO-239 插座安装到支撑杆顶端
- 连接同轴电缆（PL-259 接头），馈线沿支撑杆向下引出
径向线略长于垂直元件是因为径向线下倾后实际水平投影长度会缩短，53cm 是经验值，具体长度需要通过调谐确定。
调谐： 使用天线分析仪或 SWR 表，调整垂直元件的长度（剪短或加长），使谐振频率落在目标频率上。径向线的长度也可以微调以优化 SWR。
径向线（Radials）
径向线是垂直天线系统中至关重要但常被忽视的部分。径向线的质量直接影响天线的效率和性能。
地面径向线系统
对于架设在地面上的垂直天线（如 HF 垂直天线），径向线铺设在地面上或埋入浅层土壤中。
关键原则：
- 数量比长度更重要：4 根 1/4 波长的径向线不如 16 根 1/8 波长的径向线效果好
- 理想情况：120 根以上 0.4 波长的径向线（这是广播电台的标准）
- 业余实际：16 ~ 32 根 1/4 波长径向线是性价比较好的选择
- 最低可用：4 根 1/4 波长径向线（性能有所下降，但仍可工作）
径向线数量与接地损耗的关系（大致参考）：
| 径向线数量 | 接地损耗 (Ω) | 馈电点阻抗 (Ω) | 效率 |
|---|---|---|---|
| 4 根 | 约 30 | 约 65 | ~55% |
| 8 根 | 约 18 | 约 53 | ~67% |
| 16 根 | 约 10 | 约 45 | ~78% |
| 32 根 | 约 5 | 约 40 | ~88% |
| 64 根 | 约 2 | 约 37 | ~95% |
升高的径向线
对于 GP 天线（天线整体升高安装），径向线在空中：
- 通常 4 根径向线即可，因为不存在地面损耗问题
- 径向线长度约为 1/4 波长
- 径向线可以水平或下倾 45°
商品垂直天线推荐
以下是一些在业余无线电界口碑较好的商品垂直天线，供参考：
HF 多波段垂直天线
Hustler 4-BTV / 5-BTV / 6-BTV
- 经典的陷波器式多波段垂直天线
- 覆盖 4 ~ 6 个 HF 波段
- 高度约 6 ~ 7 米
- 需要良好的径向线系统
- 价格中等，耐用性好
Diamond CP-6
- 覆盖 40/20/15/10/6/2m 六个波段
- 无需径向线（内置配重系统）
- 高度约 3.6 米，安装方便
- 适合空间受限的环境
Comet CHA-250B
- 宽频垂直天线，覆盖 3.5 ~ 57 MHz
- 高度约 5.3 米
- 适合需要全频段覆盖的场合
VHF/UHF 垂直天线
Diamond X-50 / X-200 / X-300
- 144/430 MHz 双频段玻璃钢全向天线
- X-50 增益 4.5/7.2 dBi，高度 1.7m
- X-200 增益 6.0/8.0 dBi，高度 2.5m
- X-300 增益 6.5/9.0 dBi，高度 3.1m
- 品质可靠，适合固定台站基站使用
Diamond X-510 / X-700
- 高增益双频段全向天线
- 适合需要更大覆盖范围的中继台或基站
Nagoya NA-771
- 手持对讲机用增益天线
- 双频 144/430 MHz
- 价格低廉，性价比高
垂直天线的安装要点
选址
- 垂直天线应安装在尽量空旷的位置
- 远离高大建筑物和金属结构
- 屋顶安装是常见选择，但要注意防雷
防雷
垂直天线是一根竖立的金属导体，在雷雨天气存在被雷击的风险：
- 不使用时断开天线与电台的连接
- 安装同轴避雷器（如 Polyphaser 或 Diamond 避雷器）
- 天线底座做好接地（粗铜线连接接地棒）
- 条件允许的话，安装防雷开关
风载与固定
- 确保天线支架和固定件能承受当地最大风速
- 使用不锈钢 U 型夹和抱箍固定
- 玻璃钢天线自身重量较轻，但受风面积大，不可忽视风载
垂直天线 vs 偶极天线
| 特性 | 垂直天线 | 偶极天线 |
|---|---|---|
| 水平方向图 | 全向 | 双向（8字形） |
| 辐射仰角 | 低（有利于 DX） | 取决于高度 |
| 占用空间 | 垂直空间大，水平空间小 | 水平空间大 |
| 接地要求 | 需要径向线系统 | 不需要 |
| 安装难度 | 中等 | 简单 |
| 噪声拾取 | 垂直极化噪声较多 | 水平极化噪声较少 |
| 适用场景 | DX、空间受限 | 一般性通联 |
两种天线各有优劣，没有绝对的好坏之分。很多有经验的业余无线电爱好者会同时拥有垂直天线和偶极天线，根据实际情况切换使用。
贡献者
IUU6