垂直單極天線(xiàn)介紹

單極天線(xiàn)是發(fā)展自偶極天線(xiàn)的另一種簡(jiǎn)單的天線(xiàn)。顧名思義，單極天線(xiàn)是偶極天線(xiàn)的一半。單極天線(xiàn)總是和地平面一起使用。地平面起著電鏡像的作用。圖1是半波偶極天線(xiàn)與λ／4單極天線(xiàn)的對(duì)比。單極天線(xiàn)的鏡像天線(xiàn)在地平面的下方，用虛線(xiàn)表示出來(lái)。單極天線(xiàn)的鏡像形成了天線(xiàn)的"缺少的另一半"，使單極天線(xiàn)等價(jià)地變成一副偶極天線(xiàn)。通過(guò)這樣的解釋?zhuān)憧梢岳斫鉃槭裁从袝r(shí)把地平面稱(chēng)為鏡像平面。

雖然在整章內(nèi)容中，我們集中討論了自由空間中的天線(xiàn)，但實(shí)際中的單極天線(xiàn)通常是相對(duì)于地面垂直地架設(shè)的。

圖1 λ/2偶極天線(xiàn)與λ/4地網(wǎng)平衡系統(tǒng)，"缺失"的λ/4由良好（就是高傳導(dǎo)率）地面鏡像來(lái)提供。

這樣的天線(xiàn)稱(chēng)為"垂直單極天線(xiàn)"或簡(jiǎn)稱(chēng)為"垂直天線(xiàn)"。實(shí)際中的垂直天線(xiàn)通常在輻射器與地系統(tǒng)之間饋電。地系統(tǒng)通常由一些平行導(dǎo)線(xiàn)做成，這些導(dǎo)線(xiàn)排列成輻射狀，位于天線(xiàn)的底部。這些導(dǎo)線(xiàn)稱(chēng)為"輻條"。

"地平面"一詞也用在使用"平衡系統(tǒng)"的λ/4垂直天線(xiàn)上。"平衡系統(tǒng)"是對(duì)提供另一半天線(xiàn)的地平面的另一種叫法。有地平面的天線(xiàn)的平衡系統(tǒng)由4條安裝在地面上方的λ/4輻條組成的。如圖2所示。

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圖2地網(wǎng)天線(xiàn)。能量加載在垂直輻射體底部與4根地網(wǎng)導(dǎo)線(xiàn)的中心。

λ/4單極天線(xiàn)的特性

在自由空間中，λ/4單極天線(xiàn)的方向特性與半波長(zhǎng)偶極天線(xiàn)是一樣的。λ/4單極天線(xiàn)在垂直于單極的平面上是全向的。

λ/4單極天線(xiàn)的電流分布是呈正弦變化的（和半波偶極天線(xiàn)一樣），電流最大點(diǎn)為單極與地平面的連接處。而射頻電壓則在天線(xiàn)的開(kāi)路（頂）端達(dá)到最大，在地平面處最小。帶有"理想地平面"的垂直單極天線(xiàn)的λ/4諧振時(shí)其饋電點(diǎn)阻抗是半波偶極天線(xiàn)半波諧振時(shí)的阻抗的一半。在這里，理想地平面是一個(gè)無(wú)限大、無(wú)損耗的導(dǎo)體。

圖3顯示了用14號(hào)（#14）導(dǎo)線(xiàn)做成的50英尺長(zhǎng)的帶有理想地平面的垂直天線(xiàn)的饋電點(diǎn)阻抗。這個(gè)圖覆蓋了整個(gè)短波段。和半波偶極天線(xiàn)一樣，這里選擇50英尺為垂直輻射體的長(zhǎng)度并沒(méi)有什么特別之處，只不過(guò)是為了計(jì)算方便罷了。圖4把在λ/4諧振點(diǎn)附近的阻抗關(guān)系展寬了，但此時(shí)長(zhǎng)度按波長(zhǎng)表示。注意這副天線(xiàn)在0.244λ處獲得λ/4諧振，而不是剛好在0.25λ處。就和半波偶極天線(xiàn)一樣，其諧振長(zhǎng)度隨導(dǎo)線(xiàn)的直徑變化。

在提及底部在地面上或地面上方附近的垂直天線(xiàn)時(shí)，"高度"一詞是很常用的。在這里，高度和半波偶極天線(xiàn)的"長(zhǎng)度"的意思是一樣的。在前面的內(nèi)容中，高度經(jīng)常指以自由空間波長(zhǎng)（360°）為參照的電角度，但在這里高度是以自由空間波長(zhǎng)為參照的長(zhǎng)度。圖4的長(zhǎng)度范圍是0.132λ0.300λ，相對(duì)應(yīng)的頻率范圍是2.05.9 MHz .

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圖3 一副理想50英尺高度＃14導(dǎo)線(xiàn)構(gòu)成的地網(wǎng)垂直單極天線(xiàn)的頻率與饋電點(diǎn)阻抗關(guān)系。沿著曲線(xiàn)標(biāo)注的數(shù)字是以 MHz 為單位的頻率值。該圖表是在"良好"地面條件下計(jì)算所得的，實(shí)際地面損耗將會(huì)增加在一個(gè)實(shí)際天線(xiàn)系統(tǒng)的饋電點(diǎn)阻抗體現(xiàn)出來(lái)。

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圖4 與圖21相同天線(xiàn)的饋電點(diǎn)阻抗，但采用波長(zhǎng)而不用頻率作為變量，從0.132λ~0.300λ，涵蓋了λ／4諧振上下的范圍。

?和前面討論過(guò)的水平架設(shè)中心饋電的偶極天線(xiàn)一樣，垂直天線(xiàn)饋電點(diǎn)阻抗的電抗成分受長(zhǎng)度直徑比影響很大。圖2和圖3的曲線(xiàn)是在14號(hào)（#14）導(dǎo)線(xiàn)（長(zhǎng)度直徑比為大約800:1）的情況下得出的。和偶極天線(xiàn)一樣，粗一點(diǎn)的天線(xiàn)在給定高度的情況下電抗成分小一些，細(xì)一點(diǎn)的天線(xiàn)則會(huì)大一些。

垂直單極天線(xiàn)的效率

垂直單極天線(xiàn)效率這一主題會(huì)在后面的文章中詳細(xì)討論，但值得注意的是架設(shè)在地面上方的真實(shí)的垂直天線(xiàn)的效率相對(duì)于半波偶極天線(xiàn)受地的影響十分嚴(yán)重。在沒(méi)有很好的地系統(tǒng)的情況下，其效率很難超過(guò)50%，還可能要低得多，尤其是比λ/4還要短的單極天線(xiàn)。