垂直天線的輻射 天線基本知識

1、天線是一種能量轉(zhuǎn)換器，它的作用是將發(fā)信機(jī)輸出的高頻震蕩信號轉(zhuǎn)換為電磁波向空中輻射，另一方面，把從空中接受到的電磁波轉(zhuǎn)變成高頻震蕩信號傳輸給收信機(jī)。天線的家族非常龐大，有很多天線是我們在生活中根本遇不到的，所以不用深究。但是作為業(yè)余無線電愛好者，我們還是應(yīng)該了解一下我們身邊常用的天線，在這篇文章中我們主要談?wù)?GP 天線。GP 天線的英文全稱是：Ground Plane Antenna，即“帶接地面的天線”，也可以稱為“地平面天線”或簡稱為“接地天線”。GP 天線是我們在 U/V 段通訊時最常使用的天線類型，其家族成員包括了車載鞭狀天線、玻璃鋼基地天線、手持設(shè)備上的小型天線等。由于在 U/V 段

2、通訊中多采用垂直極化方式，這些天線通常采用垂直方式進(jìn)行架設(shè)，所以，這些天線又叫做“垂直接地天線”。首先，我們來看看天線輻射與波瓣示意圖，其中，蘭色物體代表天線振子，綠色半透明物體代表輻射波瓣。我們可以看到：在典型的單極天線工作時，輻射的電磁波形狀類似于一個蘋果，天線振子四周的電磁波平均分布，沒有方向性。這是最簡單的垂直天線的輻射情況。垂直天線輻射模型有些時候，我們會聽到關(guān)于天線的增益與方向性，下面的圖就展示了當(dāng)兩段振子疊加后所產(chǎn)生的變化?？梢钥吹剑寒?dāng)兩段振子疊加后，波瓣形狀變得扁了一些，輻射的能量更集中于水平方向，這就形成了在水平方向上的增益，提高了天線的“效率”，現(xiàn)在市售的玻璃鋼基地天線大多

3、采用這種結(jié)構(gòu)，也有很多朋友根據(jù)這個道理自制高增益天線。當(dāng)然，要使天線產(chǎn)生增益并非只有這一種方法。天線增益了解了天線的輻射，我們再來看看 GP 天線的情況。GP 天線一般由同軸電纜饋電，內(nèi)導(dǎo)體接振子，外導(dǎo)體接于“接地面”。“接地面”就是我們常說的“地網(wǎng)”。下圖是典型的 GP 天線在接地面為無窮大時的輻射情況，電波基本沿水平方向輻射，這是理想的狀態(tài)。理想輻射狀態(tài)然而，在制造天線時，我們不可能把接地面做到無窮大，必須縮小到我們可以承受的范圍，但是那樣又造成了輻射方向的改變。下圖就是當(dāng)接地面的直徑縮短到 4 倍波長時的情形：輻射的最大方向離開了接地面，向上傾斜。 輻射仰角A下圖：當(dāng)接地面進(jìn)一步縮小時，

4、電波輻射的仰角可達(dá) 30 度左右。輻射仰角B為了使電波按照人們預(yù)想的方式進(jìn)行輻射，人們想出了很多辦法，來避免上面提到的情況。下圖就是一個例子：將接地面的形狀改為錐形，輻射方向得到了控制。錐形天線地網(wǎng)輻射模型下圖所示的就是我們最常見到的車載鞭狀天線的模型。在用吸盤吸附于車頂后，雖然輻射方向仍有上仰，但是由于車體的金屬板充當(dāng)了“接地面”，輻射方向已經(jīng)得到了很好的控制。常用車載天線輻射模型在使用時，有的朋友用卡邊將天線固定在車上，但是這時由于電場分布不均勻，會降低天線的效率。所以我認(rèn)為：天線最好用吸盤吸附在車頂中央，這樣有利于電場的平均分布，從而使得天線發(fā)揮出最大的效能。 GP 天線除了上面說的玻璃

5、鋼基地天線和車載鞭狀天線外，還有其他不同的形式。如：用半徑為 1/4 波長的圓盤代替 1/4 波長的垂直振子，下面配合圓錐形接地面組成為盤錐天線（Kandoian），盤錐天線在相當(dāng)大的頻寬內(nèi)，最大輻射方向總是沿水平方向的。又如：1938 年，George H. Brown 與 Jess Epstein & Robert Lewis 用四根 1/4 波長的導(dǎo)體代替實體接地面，形成類似于玻璃鋼基地天線的形式。在這種形式的基礎(chǔ)上，作為改進(jìn)，在天線的饋電端并聯(lián)一段 1/4 波長的短路同軸電纜，它不僅拓寬了阻抗頻帶，而且在發(fā)生雷電沖擊波時保護(hù)傳輸線。另外，通常用于手持移動通訊設(shè)備的可伸縮鞭狀天線（俗稱拉桿天線）也是 GP 天線的一種，這中天線的好處是振子長度隨時可變，可以工作在不同波段內(nèi)?，F(xiàn)在，越來越多的朋友加入 HAM 這個行列，領(lǐng)取了電臺執(zhí)照，并準(zhǔn)備通過交驗通聯(lián)卡片升為三級。這時候，問題也來了：通聯(lián)卡片上有“天線”（ANT）一欄，不知道怎么填寫。其實關(guān)于這個問題我已經(jīng)和很多朋友在頻率上交流過，在這里再說明一下：玻璃鋼基地天線、車載鞭狀天線、手持移動通訊設(shè)備的鞭狀天線這些最常見的天線都屬于 GP 天線，如果您用的是這類天線，只要在“天線”一欄