【题目编号】MC1-0731
【题目】南北走向的水平极化偶极天线,中点馈电,通过特性阻抗为 50 欧的电缆连接到输入/输出阻抗为 50 欧的收发信机,通信对象在东西方向。选择天线长度的原则是:
【答案】A
[A]当振子两臂各为四分之一波长时,通信效果是最好的
[B]当振子两臂各为二分之一波长时,通信效果是最好的
[C]当振子两臂各为四分之三波长时,通信效果是最好的
[D]驻波比接近 1:1 时通信效果才会最好,无关振子长度
考点速览
本题考水平偶极天线的辐射方向与振子长度选择。南北走向的水平极化偶极天线,最大辐射方向在垂直于振子的东西方向;振子两臂各为四分之一波长(总长二分之一波长)的半波偶极处于谐振状态,通信效果最好。题目把"方向"与"长度"两件事合在一问,要分别看对。
原理与依据
水平偶极天线的水平面方向图呈"8"字形:沿振子轴向(南北)是辐射哑点,垂直于振子的方向(东西)辐射最强。振子南北放置,主瓣正好朝东西展开,对准了东西方向的通信对象,方向这一环选对了。
长度上,半波偶极(每臂四分之一波长)是偶极天线的基本谐振形态。总长二分之一波长时,天线处于串联谐振附近,馈电点阻抗约 73Ω(自由空间值,实际架设因地面影响略低),与 50Ω 同轴电缆的失配很小,驻波比约 1.5:1,电流分布完整、辐射效率高,是标准选择。
半波偶极在垂直振子方向的主瓣比全向的假想点源高出约 2.15dBi,这 2.15dB 的差值正是它作为增益基准天线的由来;业内常用的 dBd 与 dBi 之间差的也就是这 2.15dB。天线长度选对了,谐振、匹配、方向、增益四件事才同时落位。
若每臂二分之一波长(总长一个全波长),天线变成全波偶极,馈电点恰好落在电流零点附近,输入阻抗极高,且方向图分裂成多个瓣、主瓣不再垂直于振子,匹配与方向都不理想。每臂四分之三波长(总长 1.5 个波长)同样进入高阻、多瓣状态。选项 D 说"驻波比接近 1:1 才好、无关振子长度",错得最隐蔽:驻波比只反映匹配好坏,不反映辐射好坏——一只假负载驻波比恒为 1:1,却几乎不辐射。天线长度首先要落在谐振、辐射形态正确的区间,其次才是匹配。
极化也要对得上。题目明说天线是水平极化,接收方若用垂直极化天线,会引入可观的极化损耗;本题的通信对象用水平极化接收时,才能把这副偶极的辐射完整吃下来。不过题目的落点在长度选择,极化只是交代背景,判断时别被带偏。
逐项辨析
选项 A 正确:两臂各四分之一波长、总长二分之一波长的半波偶极,谐振、阻抗合适、方向正确,效果最好。
选项 B(两臂各二分之一波长)、选项 C(两臂各四分之三波长)都是非基本谐振长度,输入阻抗极高、方向图畸变,明显不如半波偶极。
选项 D 把"驻波比"抬成唯一标准,忽略了"驻波比好≠辐射好";而且半波偶极接 50Ω 电缆本身驻波比约 1.5:1,并不追求绝对 1:1,照样是标准天线。
易混淆点
"驻波比(SWR)"与"辐射效率"常被当成一回事。驻波比衡量馈线与天线之间的匹配程度,辐射效率衡量输入功率有多少变成电磁波,两者相关但不相等:匹配好可能辐射差(假负载),辐射好也可能匹配不完美(半波偶极 1.5:1 仍很好用)。判断天线好坏,先看谐振与辐射形态,再看驻波比。
应试要点
半波偶极:总长二分之一波长(每臂四分之一波长),阻抗约 73Ω,方向图"8"字、最大辐射垂直于振子。振子走向与通信方向垂直时对准主瓣。驻波比不是唯一标准,假负载 1:1 不辐射。