MC2-0690-关于水平极化偶极天线,以下描述正确的是
【题目编号】MC2-0690
【题目】关于水平极化偶极天线,以下描述正确的是:
【答案】AB(多选题)
[A]通过该天线发射的电磁波,电场平行于地面
[B]该天线水平面上的(E 面)方向图呈“8”字展开
[C]通过该天线发射的电磁波,电场垂直于地面
[D]该天线垂直面上的(H 面)方向图呈“8”字展开
考点速览
题目给出一副水平架设的偶极天线(dipole),问哪两项描述正确。它把三件事捆在一起考:极化方式怎么定、E 面与 H 面分别对应哪张平面、方向图在这两张平面上各是什么形状。这三个答案其实是同一个几何事实推出来的,只要抓住"振子轴线"这一条线,四项对错立刻分明。
偶极天线是最基础的谐振天线,长度约半个波长,中间馈电。它的方向图、极化方向、辐射电阻都可以由振子上的电流分布推出来,是理解八木、方框、垂直等其他天线的起点。
极化按电场方向命名
电磁波的极化(polarization)由电场矢量在传播方向横向平面内的取向决定,与磁场方向无关。电场矢量平行于地面叫水平极化(horizontal polarization),垂直于地面叫垂直极化(vertical polarization)。
偶极天线上的射频电流沿振子轴线来回流动,辐射出去的电场矢量也平行于振子轴线。振子水平架设,电场就平行于地面,所以是水平极化波。天线周围的地面会略微改变这一结论——地面不是理想导体时,极化面会有一点倾斜,还会产生交叉极化分量,但工程上仍按水平极化处理,短波与超短波通信中的极化约定也是这么定的。
短波远距离通信中水平极化用得很多。水平架设的振子容易获得较低的最大辐射仰角,适合跳过一次电离层反射的中远距离;城市环境里垂直极化的干扰源又偏多,各种开关电源与变频设备产生的噪声多以垂直分量出现,水平架设的天线在抑制这类本地噪声上略占便宜。电离层还会随机旋转电波的极化面,所以极化方式在远距离通信里并非决定性因素,天线增益与架设高度往往更关键。
E 面与 H 面怎么认
E 面指包含电场矢量(也就是包含振子轴线)的那个平面,H 面指包含磁场矢量、与振子轴线垂直的那个平面。这两个面互相垂直,同轴电缆里的电场与磁场方向也遵循同样的正交关系。
对水平偶极天线来说,水平面包含振子轴线,所以水平面就是 E 面。在这个面上,天线朝垂直于振子的两侧辐射最强,沿振子轴线方向辐射为零,方向图像横放的"8"字,两个强方向就是振子两侧的法线方向。H 面垂直于振子轴线,对水平振子而言就是那个既垂直于地面、又垂直于振子轴线的垂直面;理想偶极天线在这个面上各方向辐射相同,方向图是一个圆。
逐项辨析
选项 A 说发射的电磁波电场平行于地面,正确。振子水平放置,电流沿振子水平流动,辐射电场矢量随之平行于地面,这正是水平极化的定义,与天线的架设姿态一一对应。
选项 B 说水平面上的 E 面方向图呈"8"字展开,正确。电场沿振子轴线,包含这条轴线的平面就是水平面,因此水平面正是 E 面。方向图在振子两侧达到最大值、沿轴线方向降至零,画出来就是标准的"8"字形,两个波瓣的连线垂直于振子。
选项 C 说电场垂直于地面,错误。电场垂直于地面是垂直极化的定义,对应的是振子竖直架设的垂直天线。水平振子不可能辐射出以垂直电场为主的波,选项 C 与天线的几何姿态直接冲突,也正好是选项 A 的反面。
选项 D 说垂直面上的 H 面方向图呈"8"字展开,错误,而且错了两层。第一层,H 面垂直于振子轴线,理想偶极天线在 H 面上没有方向性,方向图是圆而不是"8"字,把 E 面与 H 面的形状对调是这类题最常见的设错手法。第二层,"垂直面"这个说法本身含混:垂直于地面的平面有无穷多个,只有那个同时垂直于振子轴线的垂直面才是 H 面;而包含振子轴线的那张垂直面其实是 E 面,它在理想自由空间里的方向图同样是"8"字。选项把平面名称和形状一起说错,双重失分。
易混淆点:方向图会跟着架设姿态"搬家"
规律只有一句话:E 面永远包含振子轴线,"8"字永远落在 E 面上;H 面永远垂直于振子轴线,圆永远落在 H 面上。振子水平架设时,"8"字落在水平面上;把同一副振子竖起来,就成了通常所说的垂直全向天线,"8"字搬到了垂直面上,而水平面上的圆还在——这时它才在水平面内全向。
实际架设还要考虑地面的作用。地面反射波与直射波在垂直面上叠加,使方向图出现若干波瓣,最强辐射的仰角随架设高度变化:架得低(低于四分之一波长),高仰角波瓣强,适合近距离通联;架到一个波长以上,低仰角波瓣逐渐占优,适合远距离。但无论怎么架,水平偶极在水平面内的"8"字形状不会变成圆,这一点由振子轴线方向决定,与高度无关。
应试要点
判据一句话:振子横放是水平极化,振子竖放是垂直极化;E 面含振子轴线、方向图为"8"字,H 面垂直振子轴线、方向图为圆。碰到把两张平面的形状或名称对调的选项,直接判错。