【正文】 有效高度近似等于實(shí)際高度的一半。這是顯然的，因?yàn)檎褡雍芏虝r(shí)，電流近似直線分布，圖 2―2―3 中兩面積相等時(shí)有 he=h/2。 有效高度表征直立天線的輻射強(qiáng)弱，即輻射場(chǎng)強(qiáng)正比于 he。 h ?第 2章 簡單線天線 對(duì)理想導(dǎo)電地來說，或在有良好的接地系統(tǒng)的情況下，鞭狀天線的輸入阻抗等于相應(yīng)對(duì)稱振子輸入阻抗的一半。但在實(shí)際計(jì)算輸入阻抗的電阻部分時(shí)，若采用 4）輸入阻抗 ~對(duì)地的分布電容自由空間對(duì)稱振子的方法，則誤差很大，因?yàn)榇藭r(shí)輸入到天線的功率，除一部分輻射外，大部分將損耗掉。除天線導(dǎo)線、附近導(dǎo)體及介質(zhì)等引起的損耗外，還有相當(dāng)大的功率損耗在電流流經(jīng)大地的回路中，參見圖 2―2―4 ，傳導(dǎo)電流和位移電流構(gòu)成廣義的電流回路概念。因此輸入電阻包括兩部分，即 Rin=Rr0+Rl0 (2―2―4) 圖 2―2―4 鞭狀天線的電流回路 第 2章 簡單線天線 其中 Rr0和 Rl0分別為歸算于輸入端電流的輻射電阻和損耗電阻 ， 其計(jì)算公式如下 : 地質(zhì)為濕地 地質(zhì)為干地 (2―2―5) (2―2―6) 式中， A是取決于地面導(dǎo)電性的常數(shù)，干地約為 7，濕 地約為 2。 202002 9 .5 ( )2 0 .4 ( )4rerelR k h hR k h hRAh???? ??? ???第 2章 簡單線天線 由于損耗電阻大，同時(shí)又由于受到天線高度 H的限制，輻射電阻通常很小，故短波鞭狀天線的效率很低，一般情況下僅為百分之幾甚至不到 1%。因此，如何提高短波鞭狀天線的效率成為本節(jié)要講述的重要內(nèi)容之一。 5）效率 垂直接地天線的加載原因： 在長 、 中波波段 , 由于天線的電高度不可能很高 , 因此其輻射電阻很低 , 要在不增加 高度 h 的條件下增大輻射電阻 , 唯一的辦法是提高天線的有效高度 he。 由有效高度 he 的定義即式 可知 ,若設(shè)法改變沿天線的電流分布 I(l), 則可以提高 he 。 理想的情況是其電流分布等同于電基本振子的電流分布 ,即沿線的電流是等幅同相的 , 則 he=h 。 可以 采用加載的辦法來改善電流分布 , 001 ()heh I zI? ? 從效率的定義可知，要提高鞭狀天線的效率，不外乎從兩方面著手，一是提高輻射電阻，另一是減小損耗電阻。 第 2章 簡單線天線 如圖 2―2―5 所示，在鞭狀天線的頂端加小球、圓盤或輻射葉，這些均稱為頂負(fù)載 (TopLoading)。天線加頂負(fù)載后，使天線頂端的電流不為零，如圖 2―2―6 所示，這是由于加頂負(fù)載加大了垂直 ~ ~ ~小球 圓盤 輻射葉部分頂端對(duì)地的分布電容，使頂端不是開路點(diǎn)，頂端電流不再為零，電流的增大使遠(yuǎn)區(qū)輻射場(chǎng)也增大了。只要頂線不是太長，天線距地面的高度不是太大，則水平部分的輻射可忽略不計(jì)。因此，天線加頂負(fù)載后比無頂負(fù)載時(shí)輻射特性得到了改善。 應(yīng)說明的是在工作頻率很高時(shí) ( 分米波及其更短波段 ), 利用加載的辦法使天線電流分布從駐波變?yōu)樾胁? , 從而達(dá)到增寬天線工作頻帶寬度的目的 。 本節(jié)將不對(duì)此進(jìn)行討論 。 圖 2―2―5 加載形式又分為集中加載和分布加載 , 加載的內(nèi)容可以是電容性或電感性負(fù)載。 第 2章 簡單線天線 001c o t1a r c t a n( )aaZ k hCh Z Ck??? ?? ?(2―2―7) 計(jì)算頂負(fù)載的作用時(shí)，可將頂端的電容等效為一段延長線 h′，如圖 2―2―6( a)所示；同時(shí)，天線電流分布就比較均勻，如圖2―2―6( b)所示。設(shè)頂端電容為 Ca，垂直線段的特性阻抗為 Z0，則此等效長度 h′可計(jì)算如下 : 圖 2―2―6 式中單根垂直導(dǎo)線的特性阻抗為 026 0 (l n 1 )hZa? ? ?(2―2―8) 其中 ,h為垂直部分高度 。a為導(dǎo)線半徑。經(jīng)上述變換后，加頂負(fù)載天線可以看成是高度為 h0=h+h′的無頂負(fù)載天線。 第 2章 簡單線天線 對(duì)于固定電臺(tái) ， 天線的頂負(fù)載允許大一些 ， 顯然這些較長的導(dǎo)線 ， 不能再視為集中電容 ， 而是一分布系統(tǒng) ， 可以按傳輸線理論計(jì)算其水平部分的輸入電抗 ， 然后再按上述方法處理 。 對(duì)于短波移動(dòng)電臺(tái) ， 頂負(fù)載不能太大 ， 否則行動(dòng)不便 。 當(dāng)星形輻射葉片的長度為鞭形天線高度的 1/5~3/10時(shí) ， h′約等于(~)h。 下面計(jì)算加頂負(fù)載鞭狀天線的有效高度 he。設(shè)天線上電流分布為 0s i n [ ( )]s i n [ ( )]zk h h zIIk h h??????(2―2―9) 第 2章 簡單線天線 式中 ,z是天線上一點(diǎn)到輸入端的距離； I0是輸入端電流 。 于是有效高度為 0022 si n( ) si n122si n[ ( ) ]hezh h k hkh I dzI k k h h???????(2―2―10) 當(dāng) (h+h′)/λ很小時(shí)，上式可簡化為 ( 1 )2e hhh hh ??? ??(2―2―11) 第 2章 簡單線天線 對(duì)于高度很小的直立天線 ， 未加頂負(fù)載時(shí)的有效高度近似等于 h/2， 加頂負(fù)載后由上式可見有效高度大于 h/2。 這樣在不增加天線實(shí)際高度的前提下 ， 增加了天線的有效高度 ， 從而達(dá)到提高天線輻射電阻的目的 。 加頂負(fù)載鞭狀天線的方向圖在水平平面仍是一個(gè)圓 ， 在垂直平面內(nèi) ， 由于垂直部分的頂端電流不為零 ， 故方向函數(shù)為 co s ( ) co s ( s i n ) s i n ( ) s i n s i n ( s i n ) co s [ ( )]( , ){ co s ( ) co s [ ( )]} co skh kh kh kh k h hFkh k h h?? ? ?? ? ? ? ? ?????? ? ?(2―2―12) 第 2章 簡單線天線 ~加感線圈（ Induction Coil） 在短單極天線中部某點(diǎn)加入一定數(shù)值的感抗，就可以部分抵消該點(diǎn)以上線段在該點(diǎn)所呈現(xiàn)的容抗，從而使該點(diǎn)以下線段的電流分布趨于均勻，如圖2―2―7 所示，它對(duì)加感點(diǎn)以上線段的電流分布并無改善作用。 圖 2―2―7 加電感線圈 改善天線電流分布 從理論上說，感抗愈大，則加感點(diǎn)以下的電流增加量愈大，這對(duì)提高有效高度有利；但是當(dāng)電感過大時(shí)，不僅增加了重量，而且線圈的電阻損耗也加大，反而會(huì)使天線效率降低。 加感點(diǎn)的位置似乎距頂端愈近愈好，因?yàn)榫€圈僅對(duì)加感點(diǎn)以下線段上的電流分布起作用，但靠近頂端容抗很高，要能有效抵消容抗必須加大感抗。 第 2章 簡單線天線 無論是加頂負(fù)載還是加電感線圈，統(tǒng)稱為對(duì)鞭狀天線的加載，前者稱為容性加載，后者稱為感性加載。實(shí)際上對(duì)天線的加載并不限于用集中元件加載，也可用分布在整個(gè)天線線段的電抗來加載，例如用一細(xì)螺旋線來代替鞭形天線的金屬棒，作成螺旋鞭狀天線；再如在天線外表面涂覆一層介質(zhì)，制成分布加載天線。 在許多場(chǎng)合 , 需要天線導(dǎo)線與周圍媒質(zhì)不直接接觸 , 因此要用介質(zhì)涂層的導(dǎo)線天線 。 例如 ,周圍媒質(zhì)可能尋腐蝕性的或?qū)щ娦缘? , 加介質(zhì)涂層的目的是為了防護(hù)或改善天線的輻射特 性 。 若涂層具有一定厚度 , 例如與導(dǎo)線半徑差不多 , 這樣的涂層對(duì)天線的特性就很有影響了 ,如果涂層是用鐵氧體做的 , 其影響更為明顯 。 如上所述，加大線圈的匝數(shù)，這不僅增加了重量，也加大了損耗。由于線圈僅對(duì)加感點(diǎn)以下線段上的電流分布起作用，加感點(diǎn)的位置也不應(yīng)選得太低。加感點(diǎn)的位置一般選擇在距天線頂端（ 1/3～ 1/2） h處， h為天線的實(shí)際高度。 第 2章 簡單線天線 理論與實(shí)驗(yàn)證明 , 純粹的介質(zhì)涂層 ( ) 可以看作是電容并聯(lián)加載 , 而純粹的鐵氧體涂層 ( ) 則可看作是電感串聯(lián) 加載。兩種加載基本上都具有相同的效應(yīng) , 即加載后可明顯地增加天線的電長度 , 使其諧 振頻率向低頻方向偏移 。 加載后天線輸入阻抗的變化程度較不加載時(shí)更為激劇。阻抗帶寬 變窄。 1 , 1rr????1 , 1rr???? 加載的辦法 , 并不限于僅用在直立接地天線中 , 對(duì)稱振子兩個(gè)臂同樣可采用加載的措施來相對(duì)地減小其尺寸 。 電感加載 的短振子 加頂負(fù)載 的短振子 第 2章 簡單線天線 鞭狀天線的損耗包括天線導(dǎo)體的銅耗、支架的介質(zhì)損耗、鄰近物體的吸收、加載線圈的損耗及地面的損耗，其中地面損耗最大。 地 網(wǎng) 俯 視圖深 0 . 2 ～ 0 . 5 m圖 2―2―8 鞭狀天線地線的埋設(shè) 4. 降低損耗電阻 電臺(tái)常采用埋地線的辦法，一般是在地面以下采用向外輻射線構(gòu)成的地網(wǎng)，如圖 2―2―8 所示，地網(wǎng)不應(yīng)埋得太深，因?yàn)榈仉娏骷性诘孛娓浇?，地網(wǎng)埋設(shè)的深度一般在 ～ ，導(dǎo)線的根數(shù)可以從 15根到 150根，導(dǎo)線直徑約為 3mm，導(dǎo)線長度有半波長就夠了。 減少地面損耗的辦法是改善地面的電性質(zhì)。對(duì)大型 第 2章 簡單線天線 若加頂負(fù)載，由于加頂部分與地面的耦合作用，則地網(wǎng)導(dǎo)線必須伸出水平橫線在地面上的投影。一般 h/λ越小，地網(wǎng)效果越明顯。例如，某工作于λ=300m的直立天線，高 15m，不鋪地網(wǎng)時(shí)， ηA≈%, 架設(shè) ~天線圖 2―2―9 平衡器的架設(shè) 120根直徑 3mm、長 90m的地網(wǎng)后，效率提高到 %。 但是埋設(shè)地線對(duì)于移動(dòng)電臺(tái)不方便，這時(shí)可在地面上架設(shè)地網(wǎng)或平衡器，如圖 2―2―9 所示，地網(wǎng)或平衡器的高度一般為 ～ 1m，導(dǎo)線數(shù)目為 3～ 8根，長度為 ～ 。 第 2章 簡單線天線 在短波段或超短波段，一般用金屬棒或金屬管安裝在有限大金屬平板上構(gòu) 成 單 極天線。四分之一波長單極天線廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信。為攜帶方便，可將棒或桿分成幾節(jié)，節(jié)間用 螺 接、卡 接 或 拉 伸 的 方 法 連 接。接 地 板 也 可 以 用 若 干 根 徑 向 的 金 屬 桿 來 模 擬。如圖所示為一個(gè)安裝在塔頂?shù)囊苿?dòng)通信基站天線，接地板是由四根長度近似為 的徑向金屬桿構(gòu)成的 .若用作車載天線，可將車體本身作為所需的接地板。由于有限大金屬平板邊緣的繞射，這種天線的嚴(yán)格分析比較困難，可以采用 FDTD、幾何繞射等方法進(jìn)行近似計(jì)算。 圖 超短波單極天線 第 2章 簡單線天線 2hl ???(2―2―13) T形天線結(jié)構(gòu)如圖2―2―10 所示，它由水平部分（稱為頂容線）、下引線和接地線組成，由圖可知， T形天線類似于加輻射葉的鞭狀天線，只是其頂部的輻射葉較長罷了。 T形天線的尺寸通常選擇為 T形天線、 Γ形天線及斜天線 T形天線、 Γ形天線是超長波天線的基本形式。 1. T形天線 lh頂容線下引線電臺(tái) 圖 2―2―10 T 形天線 第 2章 簡單線天線 且一般使 l≥h，盡量讓 h高些。超長波 T形天線的電高度 h/λ一般都小于 。 T形天線電流分布如圖 2―2―11 所示，直立部分電流分布比較均勻，但水平部分兩臂的電流方向則相反。因此，這種天線的垂直平面方向圖與鞭狀天線的很相似，也主要用于地面波傳播。 圖 2―2―11 T 形天線的電流分布 電臺(tái)I II第 2章 簡單線天線 T形天線結(jié)構(gòu)簡單 ， 架設(shè)也不困難 ， 其高度 H可以比普通的鞭狀天線高 。 為了提高 T形天線的效率 ， 其水平部分可用多根平行導(dǎo)線構(gòu)成 ， 如圖 2― 2― 12所示 ，也可以附設(shè)地網(wǎng)來減小地的損耗 。 lh電臺(tái)圖 2―2―12 寬 T形天線 第 2章 簡單線天線 由于地波傳播中有波前傾斜現(xiàn)象（參考 ），因而在水平平面內(nèi)具有微弱的方向性，如圖2―2―14 （ a）所示。在垂直平面內(nèi)的 30176。 ～ 60176。 方向上有較明顯的方向性，如圖 2―2―14(