MC2-0689-关于垂直天线,以下说法正确的是
【题目编号】MC2-0689
【题目】关于垂直天线,以下说法正确的是:
【答案】AB(多选题)
[A]该天线发射垂直极化波,电场与地面垂直
[B]垂直天线是全向天线,其 H 面方向图是全向的
[C]该天线发射垂直极化波,磁场与地面垂直
[D]垂直天线是全向天线,其 E 面方向图是全向的
考点速览
题目问垂直天线(vertical antenna)的四项说法哪两项正确,考的还是老两条:极化按电场方向命名,方向图分 E 面与 H 面两张平面。垂直天线之所以在业余界用得极多——车载、手持、屋顶受限场合几乎首选——恰恰因为它在一个平面内全向、不必转向,这个优点与它的极化方式都源于"振子竖直"这一件事。
把这两道线索理清,四个选项的对错就不再需要死记,可以现场推。
极化看电场,不看磁场
电磁波由互相垂直的电场与磁场构成,两者都垂直于传播方向。极化方式的命名只看电场矢量的取向:电场垂直于地面叫垂直极化,平行于地面叫水平极化,与磁场无关,磁场方向由右手关系自动确定。
垂直天线的振子沿竖直方向架设,射频电流沿振子上下流动,辐射出的电场矢量与地面垂直,所以发射的是垂直极化波。短波与超短波的地面波传播中,垂直极化波的衰减比水平极化小,这也是车载与手持通信普遍采用垂直天线的另一个技术理由;相应地,如果收发两端一个用垂直极化、一个用水平极化,接收电平会明显下降。
全向性落在哪张平面上
H 面是包含磁场矢量的平面。垂直天线的磁场矢量与地面平行、绕着振子环行,所以 H 面就是水平面。在这个面上,天线朝各个方向均匀辐射,方向图是一个圆,这就是垂直天线被称作全向天线(omnidirectional antenna)的由来。车载台一边开车一边通话不必转向天线,靠的就是这一点。
E 面是包含电场矢量的平面,对垂直天线来说就是包含振子轴线的垂直面。在理想自由空间里,半波振子在这个面上是"8"字形,沿振子轴线方向辐射为零,而在垂直于振子的水平方向辐射最强。实际架设在地面上时,地面的镜像作用会把上下两个波瓣改造得只剩上半部分,辐射集中在低仰角方向,垂直面上的方向图是一组有方向性的波瓣,绝不是圆。
垂直天线的效率与地面条件绑得很紧。振子竖直工作时,地面实际上充当了天线的另一半,回流电流要在地里走。地面导电性差,这部分电流就有明显损耗,辐射效率随之下降;铺设地网(radial)的作用正是把回流路径引到良导体上。同一副垂直天线,地网铺与不铺,发射效果可以差出好几分贝,而极化方式与水平面内的全向性都不会因此改变。
逐项辨析
选项 A 说发射垂直极化波、电场与地面垂直,正确。极化命名直接看电场矢量的取向,垂直振子上的电流产生垂直电场,二者一一对应,没有含糊余地。
选项 B 说垂直天线是全向天线、H 面方向图全向,正确。垂直天线的磁场矢量平行于地面绕振子环行,包含磁场的平面就是水平面;水平面内各方向辐射强度相同,方向图是圆。这一条既解释了"全向"这个称呼的来源,也限定了全向成立的平面。
选项 C 说磁场与地面垂直,错误,这是把电场与磁场的位置搞混了。垂直极化说的是电场垂直于地面,与它相伴的磁场是水平方向的,两者互相垂直并同时垂直于传播方向,不可能同时垂直于地面。凡是把极化波两个场的方向对调的表述,都可以直接排除。
选项 D 说 E 面方向图全向,错误。E 面是垂直面,垂直天线在这个面内受地面影响有明显的仰角方向性:辐射能量集中在低仰角,波瓣有无、最低仰角高低都取决于天线的电气高度和地面导电情况。这也是垂直天线必须铺地网(radial)的原因——地网的疏密直接改变垂直面方向图与效率,而铺得再好也不会让垂直面变成全向。把 E 面与 H 面的全向性对调,是这类方向图题目最典型的设错方式。
易混淆点:全向天线不等于各方向增益一样
"全向"只是说在某个平面内没有方向性,并不等于把所有方向的辐射平均分配。垂直天线把能量集中在水平面内、同时把垂直面上的能量压向低仰角,代价是牺牲了高仰角方向的辐射。理想全向天线在水平面内的增益虽为相对值零分贝,但实际垂直天线因压缩垂直面波瓣,在低仰角方向上往往能拿到一两分贝的正增益,这不是自相矛盾,而是"在一个面上均匀、在另一个面上有方向性"的必然结果。
判据可以并排记:哪个面是圆,就说它在该面全向;哪个面是"8"字或波瓣,就说它有方向性。垂直天线是水平面圆、垂直面有方向性,把两者对调即为错。
应试要点
一句话锁死答案:振子竖直则电场竖直,垂直极化成立;全向性只属于 H 面,即水平面;E 面是垂直面,受地面影响有仰角方向性。看到"磁场垂直于地面"或"E 面方向图全向",判错。