【题目编号】MC1-0738
【题目】在导电良好的地面上,影响短波天线辐射仰角的主要因素是:
【答案】A
[A]天线距地面的高度与波长之比
[B]天线的绝对高度,与波长无关
[C]天线离海平面的绝对高度
[D]天线振子或者八木天线主梁与地面之间的夹角
考点速览
本题考水平短波天线架在导电良好的地面上时,其辐射仰角(take-off angle,也叫离地角)由什么因素决定,属于天线架设与短波传播的交叉考点。答案落到一个比例关系上:天线距地面的高度与工作波长的比值,即架高除以波长,而不是架高的绝对米数或海拔。
原理与依据
地面是短波天线的一面临时镜子。对导电良好的地面,电磁波在界面上的反射接近全反射,可以借用镜像法(image method)把地面下的镜像天线当作真实天线的对称倒影来处理。水平偶极天线与它的镜像在垂直方向相距两倍架高,这两路辐射在空间叠加,某些仰角上同相加强,另一些仰角上反相抵消,于是垂直面方向图上就出现了一个个波瓣。
主瓣的仰角由架高和波长的关系锁定。设天线离地高度为 h、工作波长为 λ,第一个也就是最低的那个仰角主瓣满足 sinθ 等于 λ 除以四倍架高,即 sinθ = λ/(4h),等价于 θ = arcsin(λ/(4h))。从这个式子看得很清楚:架高越大,或者波长越短(频率越高),λ/(4h) 这个比值越小,仰角 θ 就越低,波瓣越贴近地平线。低仰角对远距离通信有利,因为信号以较小的入射角打上电离层,一跳能覆盖更远的距离,这正是远距离通联爱好者把天线架得尽可能高的根本原因。
反过来,同一副天线架得低,仰角就抬高,能量更多打向头顶,靠近垂直入射天波覆盖近距离还行,远距离就吃亏了。关键是要用波长来度量架高:两米架高对二十八兆赫(波长约十点七米)算比较高,对三点五兆赫(波长约八十六米)却只是贴着地,两者的仰角截然不同。绝对高度一样,波长一变,天线电性能就完全两样,所以起决定作用的不是米数,而是架高与波长之比。
逐项辨析
选项 A 正确:辐射仰角由天线距地面的高度与波长之比决定,抓住了架高必须用波长度量这个要害。
选项 B 错误:说仰角只由天线的绝对高度决定、与波长无关。实际上同样是十米架高,在七兆赫和二十一兆赫上的仰角相差很大,因为波长变了,h/λ 跟着变。
选项 C 错误:把参照点换成离海平面的绝对高度,概念错得更远。决定仰角的是天线相对它下方反射地面的高度差,不是海拔高低,海平面在哪里与镜像效应无关。
选项 D 错误:把振子(或八木天线主梁)与地面的夹角当成主要因素。夹角影响的是天线本体辐射的极化与方向图,不是地面镜像叠加所决定的仰角;何况题干的前提是导电良好的地面,答案应落在高度与波长之比上。
易混淆点
容易把架高和仰角的关系记反。判据就看公式 sinθ = λ/(4h):架高 h 在分母上,h 越大,sinθ 越小,仰角越低。另一个混淆点是仰角越低是不是就一定越好——低仰角利于远距离一跳和多跳传播,但架得过高(比如超过一个波长)会出现多个分裂的波瓣、旁瓣抬高,能量反而散乱,所以远距离天线一般架到半波长到一个波长上下,并不是越高越好。
应试要点
记住一句话:辐射仰角看的是架高除以波长。导电良好地面下 sinθ = λ/(4h),架高相对波长越大,主瓣越贴地平线,越利于远距离通联。