【题目编号】MC3-0752
【题目】如果架设天线的空间受限,则磁场耦合可调谐环形天线或许是一种选择。关于这种天线,以下说法正确的是:
【答案】ABC(多选题)
[A]通过调整激励单元与谐振单元的尺寸,我们可以获得接近 1:1 的输入 SWR
[B]谐振单元中的可变电容器应选用耐压较高的,这便于承载更大一些的输入功率
[C]谐振单元的尺寸越大,天线的发射效率越高。但是,可调谐的最高频率也越低
[D]这种天线对电场不敏感,损失一半的电磁能量,理论增益非常低
考点速览
本题考磁场耦合可调谐小环天线(magnetically coupled tunable loop,也称小发射环 small transmitting loop,缩写 STL)的工程特性,属于磁环天线进阶知识块。磁场耦合是指用一个较小的激励环(feed loop)通过互感给大谐振环馈电,与直接并联电容馈电相比,更容易把输入阻抗调到接近五十欧、获得接近一比一的驻波比。本题三选,需逐项判断 A、B、C、D 的正误。
磁场耦合环的工作机理
可调谐磁环天线通常由两个环组成:一个较大的谐振环(resonant loop),其上串联或并联一只可变电容器;一个较小的激励环(feed loop,直径约为谐振环的五分之一左右),同轴电缆接激励环,两者同轴放置、靠互感耦合。谐振环与电容构成谐振回路,在工作频率上谐振,环上电流建立强磁场;激励环通过互感把发射机能量耦合进去。调整激励环的尺寸、与谐振环的间距或相对角度,就能改变耦合度,从而改变馈电点呈现的输入阻抗,把它匹配到馈线特性阻抗(通常五十欧)。这就是选项 A 说的「通过调整激励单元与谐振单元的尺寸获得接近一比一的输入驻波比」,正确。
谐振电压与耐压问题
小环谐振时,谐振回路里的无功功率很大,环与电容两端会建立起远高于输入电压的高频电压,电压升高倍数大致等于回路的空载 Q 值(quality factor,品质因数)。例如输入一百瓦、回路 Q 为数百时,电容两端可能承受数千伏高频电压。普通小尺寸可变电容(尤其介质可变电容)耐压不足会被击穿打火,限制可承受功率。因此谐振单元里的可变电容应选用耐压较高的类型(空气介质可变电容或真空可变电容),这样才能扛得住大一些的输入功率。选项 B 正确。
尺寸、效率与最高频率的权衡
小环的辐射电阻随环面积增大而迅速上升(约与环直径的四次方成正比量级),环越大、面积越大,辐射电阻越高,相对损耗电阻的占比越大,发射效率越高;但环越大电感越大,与固定电容组合后的谐振频率上限越低。因此「谐振单元尺寸越大,发射效率越高,可调谐的最高频率越低」这个取舍关系成立,选项 C 正确。这正是可调谐磁环天线「效率与频率覆盖不可兼得」的本质:想覆盖高频率就要用更小的环,代价是效率下降。
逐项辨析
选项 A 正确,依据见工作机理:调节激励环与谐振环的尺寸和耦合,可获得接近一比一的输入驻波比。选项 B 正确,依据见谐振电压:谐振回路电压升高约 Q 倍,需高耐压可变电容才能承载更大功率。选项 C 正确,依据见尺寸权衡:环越大效率越高、最高可调频率越低。选项 D 错误:「这种天线对电场不敏感」这句方向没错——磁环天线主要与磁场耦合,对近场电场型干扰(如附近高压电场、电场型电气噪声)相对不敏感,这是它作为接收天线在电磁干扰环境下的优点;但「损失一半的电磁能量,理论增益非常低」是凭空捏造的结论,既没有「损失一半」的物理依据(小环效率取决于辐射电阻与损耗电阻之比,是变量,并非固定损失一半),也不存在「理论增益非常低」的必然性(增益与效率相关,大尺寸环、低损耗材料可以做到不低的增益)。所以 D 错误,不选。
易混淆点
易混之处:一是「对电场不敏感」不等于「损失一半能量」,前者是磁环的耦合特性(抗电场噪声),后者是编造的能量损耗数字,二者没有因果关系;二是「调谐」与「展宽带宽」的区别——可变电容负责把环谐振到工作频率,谐振后带宽反而很窄(高 Q),别把调谐误认为拓展带宽;三是耐压高是为了扛功率而非拓展带宽。
应试要点
磁环天线三句判据:激励环调耦合可得一比一驻波比;谐振电容耐压要高才能吃大功率;环越大效率越高但最高频率越低。遇到「损失一半能量」「增益非常低」这类绝对化、无依据的说法直接判错。