【题目编号】MC1-0707
【题目】某业余电台使用半波长垂直偶极天线发射时,对方所收信号的强度为 S4。现发射功率不 变,发信方改用增益为 12dBd 的八木天线(最大辐射方向和极化均不变),则对方所收信号 的强度变为: 【提示:收信机信号强度指示从 S1 至 S9 每档增加 6dB】
【答案】A
[A]S6
[B]S5
[C]S7
[D]S8
考点速览
发射功率不动,把半波长偶极天线换成增益 12dBd 的八木天线,对方原本收到 S4,现在报几档。这道题的坑不在算术,而在单位:12 后面跟的是 dBd,基准是半波偶极天线,而原来用的恰恰就是半波偶极天线,所以 12 分贝可以直接用,不必再加或减 2.15。
dBd 与 dBi 只差一个常数
各向同性辐射器是一个假想点源,朝四面八方均匀辐射;半波偶极天线在垂直于振子的方向上增益为 2.15dBi,工程上就把它当成 0dBd。换算关系很干脆:以 dBi 表示的数值减去 2.15,就是以 dBd 表示的数值。于是 12dBd 等价于 14.15dBi。题目给的是 dBd,参考天线又正好是偶极天线,两端基准相同,增益增量就是 12 分贝。
只有发射端换了天线
第二处关键:换天线只发生在发信方。接收天线和接收机都没动,链路里只增加了一笔 12 分贝。有效辐射功率(EIRP,等效全向辐射功率)是发射机功率与天线增益的乘积,功率不变而增益提高 12 分贝,就是主瓣方向上的功率密度提高 12 分贝,约合十六倍。S 表每档 6 分贝,12 分贝等于两档,S4 升到 S6。
分贝是对数单位,功率比取常用对数再乘十。它的好处是把乘除变成加减。一条单程链路可以拆成几段:发信机输出功率、发射端的馈线与天线、电波在空间中的衰减、接收端的天线与馈线。每一段的增益或损耗都写成若干分贝,串起来直接相加相减。本题只动了发射天线这一环,其余各段原样不动,问题简化成一次加法:原有结余加上十二分贝。若改用倍数来算,十二分贝约合十六倍,结论一样,口算却容易出错。
题目说的是发信方换天线,接收端一切照旧。接收天线不会因为对方换了天线而改变自己的增益,但它面对的功率密度提高了十二分贝,截获到的功率随之提高,读数自然上去。这里有个常见误解:把有效辐射功率与接收功率混为一谈。前者描述发射端往空间里送出的功率密度,后者还要乘上空间衰减和接收天线的有效面积。本题只动了前一项,变化量就是十二分贝。
逐项辨析
选项 A 给出 S6,符合「12 分贝、两档」的换算,是正确项。
选项 B 的 S5 只对应 6 分贝,那是换成 8.15dBi 八木天线时的增量,把 dBi 与 dBd 混着用了。
选项 C 的 S7 需要 18 分贝,选项 D 的 S8 需要 24 分贝,两者都远超本题 12 分贝的增益增量。
增益从哪来、代价是什么
八木(Yagi-Uda)天线靠反射器和一串引向器把能量压进窄主瓣。增益做到 12dBd 的八木,振子数量通常不少,主瓣宽度只有几十度,对方一旦偏出主瓣,增益立刻变成衰减。这类天线的带宽也偏窄,频段两端驻波比上升,实际送入天馈系统的功率要打折。极化同样要紧,题干特意声明最大辐射方向和极化均不变,就是把这些变量排除掉,只留下增益这一项,做题时才不必去猜其他损耗。
题干括号里那句「最大辐射方向和极化均不变」不是废话。天线增益只对主瓣最大辐射方向成立,若新天线的主瓣偏了,或者极化与原天线不同,账里就多出方向失配与极化失配两项损耗,读数不再只由增益决定。命题人把这两项按住,是让考生只处理增益这一条线索。真正动手改造天线时,方向图、极化、带宽、驻波比、馈线匹配会一起变化,账面增益未必全额到手。
再核对一遍单位。十二 dBd 若换成以各向同性辐射器为基准,就是十四点一五 dBi;反过来,十四点一五 dBi 换算成 dBd 又要减回二点一五。同一副天线在两个基准下数值不同,做题时先看题目给的是哪一个,再决定要不要动那个二点一五,这是这类题最常设的机关。
应试要点
见到 dBd 先默念一句:偶极天线是 0dBd。原天线若正是偶极天线,题目给的 dBd 数值可直接当增益增量;若给的是 dBi,先减 2.15。然后数格子,6 分贝一档。