超激似 国民的美少女:天线 - Qzone日志

来源:百度文库 编辑:九乡新闻网 时间:2024/03/29 20:38:15
§1.1 无线电波
无线电波是一种电磁波.在真空中,电波以每秒299,792,077米(30万公里)的速度向前传播。在传播过程中的每一瞬间,电磁波中的电场(E)方向与磁场(H)方向相互垂直,一般来说,它们又都与电波传播的方向垂直。电波在自由空间中的结构如图1.1(a)所示。
若发射天线是一副向空间均匀地辐射电波的全向天线,如图1.4所示。那么,电波从这一天线辐射出来之后,便会很快地向四面八方均匀地散布开来。对于一副距发射机很远的接收天线,它所接收到的电波波阵面可以近似地看成一个平面。如果这副天线可以“看见”电场和和磁场的话,在这个平面波阵面上,电场和磁场的相互关系就是图1.1(b)所示的样子。图中实线表示电场E,虚线表示磁场H。E和H的幅度都会按照电波的频率周期性的变化。


如果顺着电场E的方向放置一根导体,那么,由于电场E的作用,导体
6 | Page 中的自由电子就会在导体中按照电波的频率周期性地运动。这样,在导体中就产生了周期性的感应电流.把这个电流设法引入接收机,加以放大,经过检波,解调等一系列措施,人们便可得到发射台发出的声音或图像信号,这就是接收无线电波的基本原理。能够接收周围空间电波能量的装置就叫做天线。刚才所讲的这根导体就是一副天线。如果这根导体的长度选得适当,使电荷从导体一端跑到另一端的过程能够与电场E的周期性变化过程协调起来,我们就说天线与接收频率调到了谐振状态。这时,便会有最佳接收效果。
电场E的方向称为电波的极化方向。如果E与地平面平行,便称之为水平极化;如果E垂直于地平面,则称之为垂直极化。广播台和电视台常用线天线发射无线电波,对这种线天线来说,大体上可以认为电波的极化和线天线的摆设方向相同。例如,若将一个半波偶极天线水平架设,那么,它就发射或接收水平极化波。若将它垂直架设,它就发射或接收垂直极化波。
无线电波的两个重要参数是它的频率和波长。它们之间有如下的关系:
电波速度v(米) = 频率f (赫兹)×波长λ(米)
电波一旦发射出来,除了特殊情况之外,其频率一般是不变化的,其波长与传播介质有关。若传播介质的介电常数为ε,那么,在这种传播介质中,电波的波长和速度分别为
λ介= λ0/√ε
v介= c/√ε
式中,λ0,c分别为电波在真空中的波长和速度。
7 | Page 当我们考虑电波在电缆中传播时,必须考虑介电常数的影响。
真空中的介电常数为1.0。表1.1中绐出了几种主要介质的介电常数ε0


我国中波收音机的工作频率大约是在535千赫到1.65兆赫。短波收音机的工作频率大约是1.6兆赫到30兆赫。从l频道到12频道的电视播送频率大约是从50兆赫到220兆赫的甚高频(VHF)波段。从13频道到68频道的电视播送频率大约是从470兆赫到950兆赫的超高频(UHF)波段,我国电视频道见附录。VHF和UHF波段也常用于移动通信。
§1.2 电波传播
不同频率的电波,传播的方式不一样。从垂直发射天线发出的低频垂直极化波,它紧挨着地面传播,称之为地波传播。因为它不断地受到地面的吸收,所以,传播距离很短。在白天,中波收音机主要是接收地波信号。以一定仰角发射的高频无线电波,可以经地球上空电离层的反射,而回到距发射机很远的地面,这种传播方式称为天波传播,如图1.2所示。短波收音机主要是接收天波信号。
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VHP波段以及更高频段的电波会穿透电离层,而不能反射回地面,所以接收天线必需能“看”到发射天线,才能收到足够强的信号。这种传播方式称为视线传播,如图1.3所示。


在图1.3中,在C点架设高hl米的发射天线,在B点收看,弧CB即为视线距离。R为地球半径,约为6.37xl06米。发射天线处于A点,OBA构成直角三角形
AB =√(R+h1)2-R2 ≈ √2Rh1 = 3.57√h1 (公里)。
因为A1 >> AB,可近似认为视线距离CB = AB = 3.57√h1 公里。可见,发射天线架得越高,便可以“看”得越远。
9 | Page 如果接收天线也架高,设其高度为h2米,架在地面上的D点,如图1.3所示。同样可以求得地面距离BD = 3.57√h2 公里。所以,发射天线到接收天线的地面距离CD = 3.57×(√h1 +√h2)公里。
实际上,由于大气的折射作用,电波可以按图1.3中的虚线传播,到达地面E处的接收天线。传播距离约比上面的计算值大15%左右。所以,实际上,视线传播的地面距离为
CE = 4.11×(√h1 +√h2)公里
这也是电视广播的视线传播距离。根据上面的分析可以看出,在视线传播情况下,接收天线架得越高越好。
由于还存在着散射、折射等其它传播方式,所以,有时视线传播的距离可以大大超过上面算出的距离。
§1.3 几种基本天线
天线是一种向周围空间辐射电磁波能量,或者从周围空间接收电磁波能量的装置。各向同性天线、赫兹振子,接地垂直单极天线以及半波偶极天线是几种最基本的天线。下面简略介绍这几种线。
一、各向同性天线
各向同性天线是一种均匀地向各个方向辐射能量的天线,又称全向天线。自由空间中的点源,就可看作这样的天线,如图1.4所示。在过源点的任何一个平面内,它的方向图都是一个圆。这种天线实际上并不存在,研究这种天线的意义在于,一般都以它作为参考,来研究其他天线的增益。例如,相对于各向同性天线来说,半波偶极天线的功率增益系数为1.64增益G = 2.15分贝。
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二、赫兹振子
赫兹振子有时又称为赫兹偶极子。它的长度不大于十分之一波长。所以,它上面的电流可以看成是均匀分布的。它的示意图,水平面内和垂直面内的方向图示于图1.5。相对于各向同性天线来说,它的功率增益系数为1.5,或者说,它的增益为G = 1.76分贝。