天线距地高度对馈电点阻抗的影响

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描述

天线发出的电波向下传输到地面,并被地面垂直反射回去,在向上传播回天线的过程中,会产生一个感应电压。由该感应电压导致的感应电流的相位和幅度取决于天线与反射面之间的高度。

天线中总的电流由两个部分组成:第一部分的幅度由发射机提供的能量和自由空间天线的馈电点电阻决定;第二部分即天线中由地面发射波引起的感应电流。在大部分高度点上(实际中存在),第二部分电流比第一部分小很多,可以忽略。

然而,在某些高度点上,二者是同相的,此时,总的电流比自由空间中馈电电阻中的电流大。在其他的高度点上,两者相位相反,总的电流是两部分之差。

假定天线的输入功率恒定,改变天线距离地面的高度将改变天线中总的电流。如果要在输入功率相同的情况下获得较大的电流,这要求天线的有效电阻较小,反之亦然。换句话说,因为天线与它下面的地面相互耦合,馈电点的电阻将受到天线距离地面高度的影响。

地面的电特性将影响反射信号的幅度和相位。因此,地面(位于天线下面)的电特性将影响天线的阻抗。位于相同高度处的天线,如果它们所在地面的电特性不同,这些天线的阻抗有可能不同。

图1中所示为垂直半波天线和水平半波天线的辐射电阻随高度(距地面的高度,用波长度量)的变化关系。垂直半波天线的高度是指天线底部到地面的距离,对水平半波天线而言,如果天线的高度大于0.2λ,理想地表和实际地面的影响之间的差别可以忽略不计。

高度小于0.2λ时,理想地表条件下馈点电阻随着天线高度的减小而急剧下降,而实际地面条件下,这种趋势没有这么明显。实际地面条件下,馈点电阻在天线高度低于0.08λ时开始增大。原因在于,越靠近有耗地面,天线感应场被地面吸收的能量越多,损耗增大,其结果表现为馈点电阻增大。

如图1所示,对一个长为λ/2,垂直极化的偶极子天线,理想地表与实际地面对馈点阻抗的影响的差别可以忽略不计。这幅图中,我们假定使用的是理想半波天线﹣﹣天线由无限细的导体制作而成。

感应电流

图1水平和垂直半波天线的辐射电阻随天线高度的变化关系。实线代表理想地面,虚线代表实际地面条件下水平半波天线高度较小时的情况。

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