【题目编号】MC1-0725
【题目】偶极天线谐振于所需工作频率的充分和必要条件是:
【答案】A
[A]两臂总电气长度为 1/2 工作波长的整数倍
[B]两臂总电气长度为 1/4 工作波长的整数倍
[C]两臂总电气长度为 1/2 工作波长的奇数倍
[D]两臂总电气长度为工作波长的整数倍
考点速览
这题把谐振作为条件来考:偶极天线谐振于所需工作频率的充分必要条件是什么。它与低阻抗条件形成对照,考的是谐振的定义——输入电抗为零、呈纯阻,而不管阻抗数值高低,是天线匹配理论里容易张冠李戴的一环。
原理与依据
谐振(resonance)在电路与天线里是同一个意思:输入阻抗的电抗分量为零,阻抗呈纯阻。可以类比串联谐振电路,感抗与容抗相互抵消时电路呈纯阻。对中心馈电的偶极天线,当两臂总电气长度等于半波工作波长的整数倍(n 个半波长,n 取正整数)时,输入电抗为零,天线处于谐振状态。
这里强调电气长度(electrical length)而非物理长度,因为振子有端点效应、加载线圈、电容帽等因素会改变电气长度。谐振条件看的是电气长度,不是拿尺子量的物理长度。当 n 为奇数时,谐振点落在电流波腹,阻抗低(半波偶极约 73 欧);当 n 为偶数时,谐振点落在电流节点,阻抗高(全波偶极数千欧)。但无论高低,两者都谐振,因为都满足电抗为零。
天线偏离谐振时,会表现出感性或容性电抗:略短于谐振长度呈容性,略长呈感性。实际中就用天线调谐器(天调)把这份电抗抵消、恢复纯阻,让发射机看到匹配的负载。这从反面印证了谐振就是电抗为零这一判定。
充分必要四个字是这道题的题眼:整数倍半波长既充分(满足就谐振)又必要(谐振必满足),构成充要条件。
逐项辨析
选项 A 的半波工作波长的整数倍正确,是谐振的充要条件,覆盖了奇数倍(低阻)与偶数倍(高阻)两种情况。
选项 B 的四分之一工作波长的整数倍错误。四分之一波长的整数倍对应四分之一、二分之一、四分之三波长等,其中四分之一、四分之三波长并不谐振(存在电抗),只有偶数倍的四分之一波长(即半波长整数倍)才谐振,所以这个说法既不充分也不必要。
选项 C 的半波工作波长的奇数倍错误。它是低阻抗谐振的条件,但只是充分条件而非必要条件——偶数倍半波长(全波、两波长偶极)同样谐振,只是阻抗高。用它当充要条件会漏掉高阻谐振的情形。
选项 D 的工作波长的整数倍错误。它等价于半波长的偶数倍(一个、两个波长等),只覆盖高阻谐振,漏掉半波奇数的低阻谐振,同样不是充要条件。
易混淆点
把本句与低阻抗条件并列记:谐振条件等于半波长整数倍;低阻抗条件等于半波长奇数倍;高阻抗条件等于半波长偶数倍(即波长整数倍)。三句话层层递进,做题时先判断题目问的是谐振还是低阻或高阻,再对号入座。另外要分清单选里奇数倍、整数倍、偶数倍、波长整数倍四个说法的包含关系:整数倍包含奇数倍与偶数倍,波长整数倍等于偶数倍半波长。
应试要点
谐振看半波长整数倍,低阻看半波长奇数倍。凡问充分必要条件、谐振,选整数倍;凡问低输入阻抗,选奇数倍;凡问高阻抗,选偶数倍或波长整数倍。