【题目编号】MC1-0653
【题目】什么是“理想点源天线”?对业余无线电又有什么意义?
【答案】A
[A]存在于理论中的一种小到一个点,可将发射机输出的全部射频能量都转化为各向同性且 均匀辐射的电磁波的假想天线;用作比较实际天线辐射性能的一种全向基准天线
[B]一种用于专业通信的增益极高的专用天线,在业余无线电中没有应用价值
[C]仅用于无线电测试的一种标准接收天线,发射效果不佳,对业余无线电无用
[D]一种带宽近乎无限的高级天线的专利名称,业余无线电业务不需要宽带天线
考点速览
题目问什么是理想点源天线(isotropic radiator),以及它对业余无线电有什么意义。正确答案包含三个要素:只存在于理论中、小到可以看成一个点、把发射机输出的全部射频能量各向同性地均匀辐射出去,作用是充当比较实际天线辐射性能的全向基准。
一个不允许存在的天线,为什么必须存在
理想点源天线在数学上的定义是:把输入功率百分之百地、均匀地辐射到空间的所有方向,方向性系数恰好为一,效率也视为百分之百。它对尺寸的假设是“小到趋近一个点”。物理上这条假设必然落空——要把能量有效辐射出去,辐射体的尺寸必须与波长可比;一个远小于波长的短振子辐射电阻极低,几乎不接受功率,效率趋近于零。所以理想点源天线造不出来,也从来没有人打算造它。
它的价值在于给所有天线提供一把共同的尺子。说某副天线增益 5dBi,意思是它在最大辐射方向上的功率密度相对理想点源高出五分贝。没有这个统一的零刻度,甲说自己的天线好、乙说自己的天线强,就没有公共的比较基础。dBi 里的 i,就是这个各向同性。
在业余无线电里它主要有三处用处。读天线指标,凡是标 dBi 的增益都是相对它而言;做链路预算,用发射功率、馈线损耗、天线增益和路径损耗估算可通距离时,两端必须统一到同一基准;看方向图,教材里那个 0dBi 的圆就是它的方向图,其他天线的方向图都画在同一个极坐标里与之比较。它不是买得到的产品,是算得出的标尺。
逐项辨析
选项 A 正确,三个要素齐备:理论中的点、全部能量各向同性均匀辐射、充当比较实际天线的全向基准。
选项 B 说它是一种用于专业通信的增益极高的专用天线。这一项把基准当成了高性能产品,方向正好相反。它的增益被定义为最低的那一档,也就是 0dBi,任何有方向性的实际天线相对它的读数都不小于零;若是损耗很大的电小天线,把效率算进去以后读数还会落到零以下。
选项 C 说它是仅用于无线电测试的标准接收天线,发射效果不佳。天线是互易器件(reciprocity),同一副天线的发射与接收方向图、增益完全一致,不存在“只用于接收”的理想点源天线;而且它的定义里发射是百分之百有效的,也谈不上发射效果不佳。
选项 D 说它是一种带宽近乎无限的高级天线的专利名称。天线带宽由结构和电尺寸决定,不存在带宽无限的专利天线;把一个理论物理基准说成商业专利名称,属于无中生有。
区分三类“理想”的东西
学习方向图时会遇到几个抽象对象,容易彼此串味。理想点源天线是三维各向同性,方向图是一个球,增益 0dBi,它是基准。理想半波偶极天线是实物,可以制造,方向图是个环,增益二点一五 dBi,它是另一条基准。理想地面是电导率无穷大的无限大平面,是镜像法成立的前提,工程上用辐射状地网或金属板去近似,它是模型。基准、实物、模型三者身份不同,概念题里说“理论中的点”,指的就是理想点源天线。
从测量与计算的流程看,理想点源天线还提供了一套归一化约定。画方向图时把最大方向的值定为 0dB,其余方向按相对值标出,纵坐标就是相对该基准的分贝数;讨论旁瓣抑制、波束宽度这些指标时,所有数值都能落在同一张图上比较。做链路估算时,若两端天线一个标 dBi、一个标 dBd,必须先把 dBd 那一端加上二点一五统一过来,否则结果会系统性偏差两个多分贝——在弱信号链路上,这已经足以决定通与不通。
应试要点
一句话记住:理想点源天线是理论上的点源、各向同性辐射器,方向性系数为一,唯一的职务是当全向基准,dBi 的 i 就是它。凡是把它说成高增益天线、接收专用设备、专利产品的选项,一律排除。