垂直天线的辐射_天线基本知识.doc

天线是一种能量转换器，它的作用是将发信机输出的高频震荡信号转换为电磁波向空中辐射，另一方面，把从空中接受到的电磁波转变成高频震荡信号传输给收信机。 　　天线的家族非常庞大，有很多天线是我们在生活中根本遇不到的，所以不用深究。但是作为业余无线电爱好者，我们还是应该了解一下我们身边常用的天线，在这篇文章中我们主要谈谈 GP 天线。 　　GP 天线的英文全称是：Ground Plane Antenna，即“带接地面的天线”，也可以称为“地平面天线”或简称为“接地天线”。 　　GP 天线是我们在 U/V 段通讯时最常使用的天线类型，其家族成员包括了车载鞭状天线、玻璃钢基地天线、手持设备上的小型天线等。由于在 U/V 段通讯中多采用垂直极化方式，这些天线通常采用垂直方式进行架设，所以，这些天线又叫做“垂直接地天线”。 　　首先，我们来看看天线辐射与波瓣示意图，其中，兰色物体代表天线振子，绿色半透明物体代表辐射波瓣。我们可以看到：在典型的单极天线工作时，辐射的电磁波形状类似于一个苹果，天线振子四周的电磁波平均分布，没有方向性。这是最简单的垂直天线的辐射情况。 垂直天线辐射模型 有些时候，我们会听到关于天线的增益与方向性，下面的图就展示了当两段振子叠加后所产生的变化。可以看到：当两段振子叠加后，波瓣形状变得扁了一些，辐射的能量更集中于水平方向，这就形成了在水平方向上的增益，提高了天线的“效率”，现在市售的玻璃钢基地天线大多采用这种结构，也有很多朋友根据这个道理自制高增益天线。当然，要使天线产生增益并非只有这一种方法。 天线增益 了解了天线的辐射，我们再来看看 GP 天线的情况。 　　GP 天线一般由同轴电缆馈电，内导体接振子，外导体接于“接地面”。“接地面”就是我们常说的“地网”。下图是典型的 GP 天线在接地面为无穷大时的辐射情况，电波基本沿水平方向辐射，这是理想的状态。 理想辐射状态 然而，在制造天线时，我们不可能把接地面做到无穷大，必须缩小到我们可以承受的范围，但是那样又造成了辐射方向的改变。下图就是当接地面的直径缩短到 4 倍波长时的情形：辐射的最大方向离开了接地面，向上倾斜。 辐射仰角A 下图：当接地面进一步缩小时，电波辐射的仰角可达 30 度左右。 辐射仰角B 为了使电波按照人们预想的方式进行辐射，人们想出了很多办法，来避免上面提到的情况。下图就是一个例子：将接地面的形状改为锥形，辐射方向得到了控制。 锥形天线 地网辐射模型 下图所示的就是我们最常见到的车载鞭状天线的模型。在用吸盘吸附于车顶后，虽然辐射方向仍有上仰，但是由于车体的金属板充当了“接地面”，辐射方向已经得到了很好的控制。 常用车载天线辐射模型 在使用时，有的朋友用卡边将天线固定在车上，但是这时由于电场分布不均匀，会降低天线的效率。所以我认为：天线最好用吸盘吸附在车顶中央，这样有利于电场的平均分布，从而使得天线发挥出最大的效能。 　　GP 天线除了上面说的玻璃钢基地天线和车载鞭状天线外，还有其他不同的形式。 　　如：用半径为 1/4 波长的圆盘代替 1/4 波长的垂直振子，下面配合圆锥形接地面组成为盘锥天线（Kandoian），盘锥天线在相当大的频宽内，最大辐射方向总是沿水平方向的。 　　又如：1938 年，George H. Brown 与 Jess Epstein Robert Lewis 用四根 1/4 波长的导体代替实体接地面，形成类似于玻璃钢基地天线的形式。在这种形式的基础上，作为改进，在天线的馈电端并联一段 1/4 波长的短路同轴电缆，它不仅拓宽了阻抗频带，而且在发生雷电冲击波时保护传输线。 　　另外，通常用于手持移动通讯设备的可伸缩鞭状天线（俗称拉杆天线）也是 GP 天线的一种，这中天线的好处是振子长度随时可变，可以工作在不同波段内。 　　现在，越来越多的朋友加入 HAM 这个行列，领取了电台执照，并准备通过交验通联卡片升为三级。这时候，问题也来了：通联卡片上有“天线”（ANT）一栏，不知道怎么填写。其实关于这个问题我已经和很多朋友在频率上交流过，在这里再说明一下：玻璃钢基地天线、车载鞭状天线、手持移动通讯设备的鞭状天线这些最常见的天线都属于 GP 天线，如果您用的是这类天线，只要在“天线”一栏填上“GP”就可以，如果您用的是“八木-宇田”天线，就填写“YAGI”，如果您想告诉对方您使用的是 14 单元的“八木-宇田”天线，那么“14 ELE YAGI”才是正确的表示方法。