【题目编号】MC1-0719
【题目】由半波长偶极天线和传输线构成的天线系统的理想工作状态应当是:
【答案】A
[A]天线上只有驻波,馈线上只有行波
[B]天线上只有行波,馈线上只有驻波
[C]天线和馈线上都只有驻波
[D]天线和馈线上都只有行波
考点速览
这道题考天线与馈线配合的理想状态:行波(traveling wave)与驻波(standing wave)在这两个环节里应当如何分配。它属于传输线基本概念,是理解驻波比(SWR,standing wave ratio)、阻抗匹配、天线调谐的起点,也是 B 类实操里判断天线系统是否调好的理论依据。
原理与依据
行波指能量只朝一个方向传播、无损时沿途各点幅度相同的波;驻波则是入射波与反射波相向叠加、形成幅度有峰有谷但波峰位置不移动的波形。一条传输线上有没有驻波,取决于终端负载与传输线特性阻抗是否匹配:完全匹配时反射系数为零,线上只剩行波;不匹配时一部分能量被反射回来,与入射波叠加成驻波。反射系数的模越大,驻波越明显,对应的电压驻波比也越高,两者有确定的数量关系,驻波比等于一加反射系数模除以一减反射系数模。
对于谐振的半波长偶极天线,振子两臂上的电流呈驻波分布,两端是电流节点(为零),中心馈电点是电流波腹(最大)。这个驻波不是缺陷,而是天线把能量辐射出去的必要形态:正因为有驻波,振子上才有稳定的电流分布,才产生电磁辐射。要求天线上只有行波在物理上不成立,行波走到振子末端没有去处,必然反射形成驻波。
馈线的角色相反。理想馈线应当只负责把发射机功率原封不动送到天线,自己尽量不辐射、不反射。当馈线特性阻抗与天线输入阻抗、发射机输出阻抗都匹配时,馈线上只有行波,驻波比等于一比一,这是工程追求的理想状态。馈线上出现驻波,意味着有反射功率折回发射机,既损耗功率,也可能造成馈线发热或高驻波保护动作。工程上靠巴伦(balun)做平衡到不平衡的转换、靠天线调谐器(天调)抵消失配电抗,都是为了把馈线尽量逼近纯行波状态。
逐项辨析
选项 A 天线上只有驻波、馈线上只有行波,完全符合上面的分析,是正确答案:天线靠驻波辐射,馈线靠行波传输。
选项 B 把两者对调,说天线上只有行波、馈线上只有驻波,方向正好反了。天线末端开路必然产生反射,不可能只有行波;而馈线有驻波恰恰说明匹配不良,是待解决的问题而非理想状态。
选项 C 说天线和馈线都只有驻波,错在馈线。馈线若全是驻波,等于功率全被反射、完全没有向天线输送,这既不是理想状态,在实际中也意味着严重失配。
选项 D 说天线和馈线都只有行波,错在天线。天线振子末端的电流必须为零这个边界条件,决定了振子上必然是驻波,纯行波的天线不存在。
易混淆点
判断行波还是驻波,最直接的标准是有没有反射波:有反射就有驻波分量,无反射就只剩行波。别把驻波当贬义词,在天线上驻波是辐射的本体,在馈线上驻波才是要消除的损耗源。同一个词褒贬随位置而变,这是最容易答错的地方。
另一个易混点是驻波比与驻波的关系:驻波比是驻波波腹与波节的电压之比,反映的是反射的强弱,而不是驻波本身的有无。馈线理想状态是驻波比一比一,也就是只有行波、没有驻波的另一种说法。
应试要点
记八个字:天线驻波、馈线行波。天线振子两端电流为零决定了它必有驻波,馈线匹配良好则只剩行波。凡出现馈线有驻波、天线是行波的说法都判错。