垂直單極天線介紹

單極天線是發(fā)展自偶極天線的另一種簡單的天線。顧名思義，單極天線是偶極天線的一半。單極天線總是和地平面一起使用。地平面起著電鏡像的作用。圖1是半波偶極天線與λ／4單極天線的對比。單極天線的鏡像天線在地平面的下方，用虛線表示出來。單極天線的鏡像形成了天線的"缺少的另一半"，使單極天線等價地變成一副偶極天線。通過這樣的解釋，你可以理解為什么有時把地平面稱為鏡像平面。

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

圖1 λ/2偶極天線與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）地面鏡像來提供。

這樣的天線稱為"垂直單極天線"或簡稱為"垂直天線"。實際中的垂直天線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)線做成，這些導(dǎo)線排列成輻射狀，位于天線的底部。這些導(dǎo)線稱為"輻條"。

"地平面"一詞也用在使用"平衡系統(tǒng)"的λ/4垂直天線上。"平衡系統(tǒng)"是對提供另一半天線的地平面的另一種叫法。有地平面的天線的平衡系統(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。能量加載在垂直輻射體底部與4根地網(wǎng)導(dǎo)線的中心。

λ/4單極天線的特性

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

λ/4單極天線的電流分布是呈正弦變化的（和半波偶極天線一樣），電流最大點為單極與地平面的連接處。而射頻電壓則在天線的開路（頂）端達(dá)到最大，在地平面處最小。帶有"理想地平面"的垂直單極天線的λ/4諧振時其饋電點阻抗是半波偶極天線半波諧振時的阻抗的一半。在這里，理想地平面是一個無限大、無損耗的導(dǎo)體。

圖3顯示了用14號（#14）導(dǎo)線做成的50英尺長的帶有理想地平面的垂直天線的饋電點阻抗。這個圖覆蓋了整個短波段。和半波偶極天線一樣，這里選擇50英尺為垂直輻射體的長度并沒有什么特別之處，只不過是為了計算方便罷了。圖4把在λ/4諧振點附近的阻抗關(guān)系展寬了，但此時長度按波長表示。注意這副天線在0.244λ處獲得λ/4諧振，而不是剛好在0.25λ處。就和半波偶極天線一樣，其諧振長度隨導(dǎo)線的直徑變化。

在提及底部在地面上或地面上方附近的垂直天線時，"高度"一詞是很常用的。在這里，高度和半波偶極天線的"長度"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（360°）為參照的電角度，但在這里高度是以自由空間波長為參照的長度。圖4的長度范圍是0.132λ0.300λ，相對應(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)線構(gòu)成的地網(wǎng)垂直單極天線的頻率與饋電點阻抗關(guān)系。沿著曲線標(biāo)注的數(shù)字是以 MHz 為單位的頻率值。該圖表是在"良好"地面條件下計算所得的，實際地面損耗將會增加在一個實際天線系統(tǒng)的饋電點阻抗體現(xiàn)出來。

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圖4 與圖21相同天線的饋電點阻抗，但采用波長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。

?和前面討論過的水平架設(shè)中心饋電的偶極天線一樣，垂直天線饋電點阻抗的電抗成分受長度直徑比影響很大。圖2和圖3的曲線是在14號（#14）導(dǎo)線（長度直徑比為大約800:1）的情況下得出的。和偶極天線一樣，粗一點的天線在給定高度的情況下電抗成分小一些，細(xì)一點的天線則會大一些。

垂直單極天線的效率

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