【题目编号】MC1-0895
【题目】80 米波段业余无线电测向机的接收天线多为环形天线与鞭状天线的组合，以通过分别接收信号的磁场和电场分量获得具有单向性的心形方向图。但是，随着测向机逐渐接近发信电台，在远处调好的方向性会变差。这迫使我们重调鞭状天线的长度。这是因为：
【答案】A
[A]在远场区，波阻抗几乎是恒定的。而至近场，波阻抗的变化就会越来越大
[B]当接近发信电台时，信号变强会导致接收机的前级半导体器件过载
[C]当接近发信电台时，信号变强会导致鞭状天线进入非线性工作区
[D]当接近发信电台时，信号变强会导致环形天线发热、变形，迫使参数改变
考点速览
80 米波段测向机用环形天线加鞭状天线的组合，靠两路信号按比例合成出心形方向图，从而获得单向性、消除环形天线固有的前后模糊。实践中有个现象：在远处把方向性调好，越靠近发信台方向性越差，必须重新调整鞭状天线的长度。本题问这个现象的物理原因，正确选项指向远场与近场波阻抗特性的差别。
环形加鞭状为什么能单向
单个环形天线响应的是磁场分量，方向图是 8 字形，正前方与正后方响应相同，方位上相差 180 度的两个方向无法区分。鞭状天线是电小天线，响应的是电场分量，方向图近似全向，本身不能定方向。把两路信号按固定的幅度比例、并保持确定的相位关系相加，8 字形的两个瓣会被一个有符号的偏置压掉一个，只剩下一个瓣，方向图成为心形（cardioid），只有一个最大值，单向性就出来了。
这个合成成立的隐含前提，是两路信号之间的幅度与相位关系稳定而且可预期。测向机出厂时就按这个关系标定好了环形通道与鞭状通道的配比，操作者只需调整鞭状天线的有效长度来微调电场通道的灵敏度。
波阻抗：远场恒定，近场剧变
电场强度与磁场强度之比的量称为波阻抗（wave impedance），记作 Z = E / H，其中 E 是电场强度，单位为伏特每米，H 是磁场强度，单位为安培每米，Z 的量纲是欧姆。在自由空间传播的平面波里，这个比值是一个常数，叫自由空间本征阻抗（intrinsic impedance of free space），等于 √(μ₀/ε₀) = 120π ≈ 377 Ω，其中 μ₀ 是真空磁导率，ε₀ 是真空介电常数。
远场区（far field）就满足这个条件。电磁波已充分脱离辐射源，形成近似平面波，波阻抗几乎不随距离变化，只由传播媒质决定。测向机在远处标定好的两路配比，在任意距离上都能对应同一套电磁场比例，心形方向图保持稳定。
近场区（near field）完全是另一回事。用得较多的分界尺子是 r = λ / 2π，其中 r 为观测点到源的距离，λ 为工作波长。80 米波段波长约 80 米，λ / 2π 约为 13 米，也就是说测向机走到离发射台十几米以内，就进入近场区了。近场里电场与磁场尚未形成固定比例：电小天线附近电场明显占优，波阻抗偏高；磁小天线附近磁场占优，波阻抗偏低。两个分量随距离的衰减规律也不相同，比值随位置迅速变化。
配比一旦被打破，环形通道与鞭状通道相加的结果就不再是干净的心形，方向图畸变、零点变浅，方向性随之变差。恢复办法是重调鞭状天线的长度：改变鞭状天线的有效长度，就改变电场通道的接收能力与灵敏度，把两路的幅度比例重新拉回到当前实际波阻抗所对应的数值。这就是题干那条因果链的完整解释。
逐项辨析
选项 A 正确。它给出的正是远场波阻抗恒定、近场波阻抗随距离变化这一机制，与必须重调鞭长才能恢复方向性的观察完全对应。
选项 B 把原因归于信号变强导致接收机前级半导体器件过载。过载确实会在近距离发生，后果是增益压缩、阻塞、互调失真，表现为声音发闷、灵敏度下降甚至出现假响。但方向图是天线端口之外的空间响应关系，由两路信号的相对幅度与相位决定，接收机前级的绝对增益变化并不改变这个比例；而且过载只需减小射频增益或加入衰减即可缓解，与重调鞭状天线长度这个动作没有因果关系。
选项 C 说鞭状天线进入非线性工作区。测向机收到的信号功率处在毫瓦以下的量级，天线导体上感应的电压极低，远达不到任何非线性阈值。导体产生非线性需要半导体结或者铁磁材料饱和这类机制，一根普通金属鞭状天线在如此微弱的场强下是严格线性的，不会因为信号变强而改变自身的传输特性。
选项 D 说环形天线发热变形。同样地，测向机工作时的接收功率极小，天线上的欧姆损耗带来的温升可以忽略，更谈不上热变形。何况热变形属于永久性的结构变化，一旦发生就不会随距离重新拉远而自愈，与题干描述的随距离变化、重调鞭长即可恢复这种可逆现象对不上。
易混淆点
近场与远场是两个不同的物理区间，判据用波长而不是功率。r 远小于 λ / 2π 时是近场，波阻抗随距离变化；r 远大于 λ / 2π 时是远场，波阻抗趋于自由空间本征阻抗。这个分界与信号强弱无关，哪怕发射功率很小，只要距离落在波长尺度以内，同样处在近场。
还要把方向性变差与信号变差分开。近台时信号强是必然的，测向困难恰恰发生在信号足够强的时候；问题不在信噪比，而在电场与磁场两路分量的配比失配。明白了这一点，就不会误以为把接收机增益调小能解决问题。
应试要点
记两件事。心形方向图靠环形（磁场）与鞭状（电场）两路按固定比例相加，这个比例的有效性建立在远场波阻抗恒定的基础之上，数值约为 120π 即 377 Ω。近场判据是 r = λ / 2π，80 米波段约 13 米；进入近场后波阻抗随距离剧变，两路配比失配导致方向性退化，靠重调鞭状天线长度把配比拉回来。
