单极天线与接地的操作实践

单极天线（例如地面安装的四分之一波垂直天线）依赖于良好的接地系统来运行。

流行的端馈电线也依赖于良好的接地系统才能正常运行。事实上，任何使用接地作为天线一部分的天线系统，如果要以最佳状态运行，都需要一个良好的接地系统。

实际上，一个好的天线射频接地系统应该在目标频带内的无线电频率上提供低阻抗。不仅直流电阻必须低，理想情况下，无线电频率下的阻抗也应该低得多。

单极天线与接地的操作

射频接地系统是单极天线操作的一个组成部分。如果天线要正常工作，低阻抗接地系统是必不可少的。

射频接地与单极天线的作用

由于地面系统实际上是天线系统的一部分，因此它需要尽可能好，才能使整个天线系统发挥最佳性能。

就单极子的操作而言，地面反射意味着在地面以下似乎存在天线上半部分的图像——换句话说，就像垂直偶极子一样。为此，接地平面似乎足够大。

因此，具有完美导电和无限射频接地的单极天线的辐射方向图与偶极子方向图的上半部分相同，其最大辐射在水平方向上垂直于天线。

由于该天线只能辐射到地平面以上，因此单极天线的增益将比等效偶极子高 3 dB。这假设没有接地或接地损耗。在现实中，很难获得无损的天线射频接地系统，因此很难完全实现这种增益。

由于半波偶极子的辐射电阻为 73 欧姆，因此如果四分之一波单极子安装在良好的接地平面上方，则其辐射电阻约为 36.8 欧姆。

然而，要做到这一点，天线射频接地必须完全导电。这意味着需要极好的天线射频接地。

射频天线接地对辐射效率的影响

射频接地系统的电阻会自然地将损耗引入整个天线系统。如果电阻很高，那么这将吸收提供给它的天线功率的很大一部分。

可以通过观察天线射频接地的电阻和天线的辐射电阻来确定天线系统的效率。

忽略天线线的电阻，对于大多数系统来说，电阻很低，可以忽略不计，发现天线的辐射效率为：

R = 天线的辐射电阻

Re= 接地连接电阻

如果天线射频接地连接的电阻为100Ω，垂直天线的辐射电阻为36Ω（λ/4垂直的辐射电阻），则损耗为6dB。

如上图所示，当信号作为不良接地传输时，由不良天线射频接地系统引起的功率损耗尤为重要，从而导致实际功率损耗。如果 50% 的功率在接地连接中被吸收，那么发射的信号将降低 3dB - 这是一个重要的数量，即使有高功率电平可用。

对于接收方面，它可能不那么重要。这种性质的射频接地往往用于中频和高频。在这里，接收器的灵敏度限制不是问题，而是通过天线接收到的大气和其他噪声水平。由于较差的接地或接地将导致所有信号的衰减相同，因此接收器增益不太可能在没有任何明显影响的情况下弥补损耗。

可能出现问题的地方是，如果使用的同轴馈线本身拾取不需要的噪声，特别是本地产生的噪声。它可以沿着同轴电缆的外部传播并进入接收器，从而对所需信号造成更大的干扰。

实用天线射频接地系统

人们常说，埋在地下的矿石金属越好。从广义上讲，这是真的，但只要有更多的规划和洞察力，就可以更容易地安装一个非常有效的天线射频地面系统。也可以遵循一些提示和技巧，并确保天线射频地面系统的运行在任何给定位置都尽可能好。

安装天线射频接地系统时需要注意的几点：

局部接地电导率：很明显，给定区域的接地电导率越好，接地连接就越好。砂岩上的地区非常贫瘠。在砂岩基座上时，很难获得足够好的天线射频地面系统。然而，潮湿甚至咸的地区为地面系统提供了更好的机会。

大导电表面积：安装直流接地连接的传统方法是将一根接地棒或几根接地棒打入地面。

另一种或额外的方法可以是将废弃或多余的金属埋入地下。铜片或其他金属片可以具有较大的表面积，可以与地面良好接触。

两种方法的组合可能适合采用，以提供与地面的最大接触面积。

使用埋入径向：通过掩埋从天线底部向外辐射的径向天线，可以创建有效的射频接地或接地系统。

下一节将讨论单极天线地面系统的一些实际考虑因素。

实际上，将使用使天线射频接地的所有方法的组合。通过采用所有技术，可以实施最佳的整体解决方案。

接收和传输

在开发良好的地面系统时，到目前为止，主要的好处是发射，而接收通常没有什么好处。

在使用地面安装垂直天线的较低频率下，接收机噪声的限制因素是接收到的静态噪声，而不是接收机前端噪声。

这意味着，如果接地不太好，并且接收器的信号电平降低，则可以增加RF增益控制以适应信号电平的损失，而不会对接收信号造成任何过度损害。

单极天线的理想接地系统

在规划单极天线系统的使用时，明智的做法是规划接地系统，并考虑许多实际因素。

重要的是要考虑该地区的接地电导率，因为如果电导率很差，那么天线就不太可能正常工作。

创建良好的地面系统有两个主要要素。直流连接是通过埋入连接到有线接地连接的铜等粉制成的。

• 直流连接

执行此操作时，请注意，通常用于电气安装的米或 3 英尺长的尖峰最多只能提供 20Ω 的接地电阻，而且可能更高：- 100Ω 或更高，具体取决于当地的接地电导率。它需要大量的金属和大的表面积来创造一个良好的地面。

一种安排是将几根杆打入相距几米的地面空间，并用粗壮的电缆连接，但保持主接地连接尽可能靠近天线的底部。当使用这种方法时，接地阻力仅粗略地除以使用的棒的数量 - 由于接地本身的局部阻力，它将高于预期的。

用于电气装置的杆设计为被打入地面，它们有一个坚硬的中心，通常是钢等。这使它们具有刚性，可以锤击到msot类型的地面上。

用于管道的铜管通常不够坚固，无法被打入地下，因为它会弯曲，除非地面非常柔软。然而，它可以埋在预先挖好的孔中，这样，管道工作遗留下来的奇数长度的铜管就可以有效地使用。

• 埋入径向

使用埋入径向是用于接地连接射频元件的另一种方法：这些方法使射频电流能够从天线基座扩散开来。

这些是关于可能需要的径向系统范围的很多争论。存在各种经验法则，多年来，包括径向天线越多越好的说法已经为许多无线电爱好者和使用 HF 垂直天线的组织提供服务。

Les Moxon 建议的一种方法是埋设 50 到 100 根长度不超过 3λ/2 的电线。也有人说，径向越多越好，短径向比长径向好。

一些人还指出，当需要在特定方向上优化辐射时，可以在该大方向上添加额外的和更长的径向。

然而，很难评估这些系统可能产生的确切差异以及如何平衡可能需要的径向数量。

短波和中波广播电台通常使用垂直天线，因此，各种组织进行了大量研究来评估需要多少个径向天线。

1937 年 6 月，John Stanley 在 QST 上发表了题为“地面系统作为天线效率的一个因素”的研究，另一项题为“垂直天线的最佳地面系统”的研究。

使用这些参考可以看出，由 120 个径向组成的径向系统，每个径向系统长约 0.4 个波长，将提供几乎完美的接地系统，为垂直 35Ω 的夸脱波提供馈电阻抗，并在低辐射角下提供 0dB 功率损耗。

16 个 0.1 波长的径向馈电阻抗为 52Ω，功率损耗为 3dB，而 36 个 0.15 波长的径向馈电阻抗为 43Ω，功率损耗为 1.5dB。

使用径向时，可以将它们带到靠近天线底部的公共节点或点。适合接地的电线，具有良好的表面积以适应趋肤效应，从而可以进行良好的低阻抗连接。

理想的地面地形

为了使接地系统真正有效，接地电导率需要很高，以便电流可以很容易地流过接地本身。

沙质土壤和地表下方有坚实地面岩石的地形往往使地面导电性水平较差，因此地球或地面系统较差。

对于潮湿的土壤条件，接地电导率要好得多，因为水分充当电解质，使电流能够流动。

沼泽是理想的，因为它们可以保留水并保持良好的导电性。事实上，良好接地连接的最佳环境之一是盐沼——盐会增加电导率。

高导电性土壤将能够与任何金属建立良好的直流连接，并且还可以传导来自埋地径向的电流。

还发现，对于需要低辐射角的天线，陆地高度轻轻下降的地形效果最佳。这意味着盐醪液从天线上轻轻脱落是理想的。但最不可能发生的是沼泽会排干！

提示和技巧

在为天线安装射频接地或接地系统时，应牢记几个实用的想法。

如果这些措施得到实施，它们将有助于确保系统尽可能有效：

保持引线与接地连接本身尽可能短：从垂直天线的底部到接地系统开始生效的地方，总是需要一定的长度。但是，这应该尽可能短，并且没有留下额外的电线长度，“以防万一需要移动”。

保持有效接地系统的引线尽可能短，将最大限度地降低电感，并确保天线的基极保持在大地或大地电位。

使用粗多股线：即使在高频下，亲属效应也会发挥作用，因此大部分电流都靠近导线的皮肤。通过使用多股导线，可以将导线中的阻抗降至最低。

确保螺钉连接不会腐蚀：螺钉连接非常容易，通常有各种不同的金属对不同的元件进行腐蚀。它们应该拧紧，并可能用一些密封剂覆盖，以尽可能防止腐蚀。

在可能的情况下进行焊点：焊点可以减少腐蚀对接头的影响。在可能的情况下，可以焊接接头，以确保持久的良好连接。

如果可能，选择电导率最高的接地区域：虽然这通常不容易做到，但在某些情况下，可能值得研究接地或接地系统的最佳位置，因为偶尔可能会有一些选择，尽管这将控制相关天线的位置。电导率较高的区域，例如潮湿区域或有潮湿咸味区域的地方是理想的。在大多数情况下，几乎没有回旋余地，但偶尔一个小小的改变可能会有所作为。

这些只是一些想法和技巧，可能有助于使任何天线射频接地系统尽可能有效。

天线的接地系统，如地面安装的垂直天线或其他形式的单极子，对于天线的成功至关重要。

了解如何使地面系统尽可能有效可以大大提高天线和整个发射站的性能 - 请记住，对于使用地面安装垂直的低频，接收不太可能受到太大影响。

拥有有效的发射天线系统将能够最大限度地提高性能，并在接地连接中耗散电偶功率。

审核编辑：黄飞