当前位置: 绝缘体 >> 绝缘体前景 >> 天线的阻抗国方雷达卫星宽带天线
一、辐射阻抗加在天线上的功率通过两种途径消耗掉:一种是以电磁波的形式辐射出去;另一种是以热能的形式在导线和附近的电介质中损耗掉。辐射出去的功率是我们所要的,是有用的部分,但同样可以认为辐射出去的功率也是一种“损失”,就像以热能形式损耗掉的那部分一样。在以上两种情况中,所消耗的功率都等于。
在热能损耗的情况,R代表真实的电阻。但是,在辐射的情况,R是一个“虚”的电阻。这个电阻值如果用真实的同阻值的电阻来代替,会消耗和天线实际辐射出去的功率相同的能量。这个电阻称为辐射阻抗。于是,天线的总功率等于
,其中
为辐射阻抗,R为总的损耗电阻。
在业余无线电频率上工作的普通天线,导体中的热损耗不超过加在天线上的总功率的百分之几。用分贝表示的话,这种损耗小于0.1dB。即使是使用14号这么细的铜导线,其射频损耗电阻相对于辐射阻抗来说也是十分小的一—只要天线周围没有太多物体,也不是太靠近地就行了。因此你可以认为只要天线的架设地点合理,其热损耗是可以忽略的,而天线的总的阻抗(馈电点处的阻抗)就是辐射阻抗。作为电磁波的辐射体,这样的天线是一个效率很高的设备。
天线场形二、电流和电压分布
当用电源对天线进行馈电时,其电流和电压随着天线长度的变化而变化。不管天线的长度是多少,电流的最小值都位于两端。由于天线两端的电容效应,实际上电流的最小值也不可能为0。绝缘体、天线两端的环和支持线都会产生电容效应,该效应也被称为边缘效应。射频电压正好与之相反,即电压的最大值在两端。
图1-6对于串联偶极天线图1-6对于串联偶极天线,图(A)为沿着半波偶极子电压和电流的分布。
在半波天线的例子中,如图1-6所示,电压的最大值和电流的最小值在天线的中心。其模式为:以1/4波长的间隔交替改变电压和电流的最小值,并沿着一个线天线以间隔1/2波长重复一次交替过程,如图1-6(B)所示。在每个连续的半波部分电流和电压的相位都被反转。
天线远场电压的最小值不是0,这是因为天线存在阻抗,这些阻抗包括导线的射频阻抗(欧姆式的损耗阻抗)和前面提到的辐射阻抗。
三、馈电点阻抗
天线的第一个重要特性是馈电点的阻抗。我们业余无线电爱好者可以在指定的频段内选择工作频率,因此我们必须了解一副天线的馈电点阻抗是怎样在一个波段内随工作频率变化的。如果打算在多个波段使用一副天线,我们还要了解天线馈电点的阻抗在各个不同波段中的变化情况。
天线反射天线有两种形式的阻抗:自阻抗和互阻抗。和你设想的一样,自阻抗是天线完全远离其他任何导体时在馈电点终端所测得的阻抗。
1、自阻抗
电流要流过天线的馈电点,必须要有一定的电压。
天线的自阻抗是馈电点电压与电流的比。如果电压与电流同相,那么自阻抗是个纯电阻,即电抗部分为零。这时的天线是“谐振”的(业余无线电爱好者通常对“谐振”一词的使用不是很严格,通常仅是指“几乎谐振”
或“接近谐振”)。只有它是纯电阻时,谐振和阻抗的值才没有任何关系。
除了在真正谐振的频点上,天线的电流和电压的相位是不同的。换句话说,此时天线表现为馈电点阻抗,而不是纯电阻。馈电点处的阻抗是由容抗或感抗与串联的电阻共同组成的。
2、互阻抗
互阻抗又称为耦合阻抗,是由于附近导体的寄生效应而产生的,也就是说,互阻抗是由于有导体处于天线的电抗性近场区产生的。互阻抗包括地的影响——地是一个有损的导体,但它毕竟是一个导体。和自阻抗一样,互阻抗也是由欧姆定律定义的。不过互阻抗是一个导体中的电压和另一个(耦合)导体中的电流的比。相互耦合的导体会使有高度方向性的天线的方向图发生扭曲,也会改变馈电点处的阻抗。互阻抗将会在“高频八木天线和方框天线”章中详细介绍,这对正确操作这些波束天线是至关重要的。
是否需要谐振?
应该注意到天线不需要谐振就可以成为有效的辐射体,事实上这对谐振天线来说没什么奇怪的,但前提当然是你要用有效的办法对天线馈电。很多业余无线电爱好者使用非谐振(甚至是任意长度的)天线,这些天线使用明线传输线馈电并且用到了天线调谐器。这种天线系统和使用同轴电缆与谐振天线的系统是一样的辐射信号,这种天线通常还可以在多波段上使用。在这个系统中,应该使所有的损耗达到最小。