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無線電愛好者幹貨:一文搞懂GP天線與DP天線

作者:銳目通信

水準偶極天線是最基本,也是最常見的天線形式,垂直天線和其它形式的天線都是偶極天線的變形。通過本文,相信您會對這2種常見的天線形式有一個比較完整的了解。

把偶極子天線水準地平行架設在地面上,就成為水準偶極天線(Dipole 簡稱DP)。這是最基本的天線形式。

水準偶極天線需要架設兩條長度相等的振子,在兩條振子中間作饋電點輸入輸出信号。

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水準偶極天線原理示意圖

水準偶極天線在水準面上的輻射圖是以天線為對稱軸、饋電點為切點的兩個圓(即具有8字形方向圖形),是以,天線具有一定的方向性。

與前面分析一樣,當天線水準地架設在地面上,地面會對天線輻射的電波有吸收和反射的作用,是以,天線不同的架設高度,對天線的性能有極大的影響,這個問題在“架設高度與輻射角”小節中會作詳細的讨論。

水準偶極天線在短波應用中,需要拉出的振子比較長,占用地方比較大,同時在天線的兩頭需要用支架拉起振子的兩端。于是就産生了一種變形的架設方法,采用一個支撐在中間把饋電點撐起,兩條天線振子以約120度夾角往下拉開,形成了所謂“倒V型”的架設。

也有采用鋁管等材料作振子,向上作V型架設,稱為“正V型”天線。

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倒V天線原理示意圖

V型架設方式其天線的基本特性和水準偶極天線差不多。這種架設方式的優點是隻用一根支撐杆,天線特性阻抗容易和50Ω比對,而且天線占地較小,就算是一個人也可能很容易地架設起來。

水準偶極天線的優點是天線具有一定的方向性、接收噪音小,增益比較高等,缺點是結構龐大,天線占地方大,輻射角度高,天線易受架設環境的影響等。

水準偶極天線适合固定電台、定向收發信号的場合應用,若架設高度比較低,則隻适合做中短距離的通信。

若把偶極子天線放置在自由空間中,也就無所謂垂直天線或水準天線。

但是當把天線安裝在地面上的時候,就有把偶極子天線的振子垂直于地面還是和地面平行安裝的問題,而且由于地面具有導電性所引起的反射和吸收等作用影響,使得不同的安裝方式帶來天線的結構和性能都大庭相徑,尤其是當天線系統工作在短波時,由于天線的安裝高度通常是在幾個波長以下,是以,地面效應對天線性能的影響會更加的大和明顯,于是人們就分别研究、發展出垂直天線和水準天線兩大分支。

把天線振子垂直地架設在地面上,就成為了垂直天線(Vertical)。

垂直天線由于地面導電性對天線輻射的影響,其作用的結果相當于地面是一面“鏡子”,會在天線下面地底對稱地形成虛拟的鏡像天線。

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垂直接地天線示意圖

對于導電性良好的地面(或者海面),其鏡面作用使垂直架設的偶極子天線實際隻需要架設其中的一半,另一半由地面下面對稱位置的“鏡像天線振子”代替,構成了垂直接地天線(Ground Plane 簡稱GP)。

對于垂直接地天線我們隻看到露出地面的半截,而另外對稱的半截以鏡像的形式隐藏在地下。我們在實際應用垂直接地天線的時候,卻要時刻牢記隐藏在地下的那半截天線!

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垂直接地天線電壓電流示意圖

如果大地底下是完美的導體,則地底下的鏡像天線振子和地上的天線一樣,兩者的電流大小相同,相位相反。如果地面不是良好導體的話,鏡像天線振子上的電流就會變小,相位差也就不是剛好180度了。是以,在潮濕地面或者水邊海邊等導電性良好的地方,可以采取直接打入地釘的辦法來使天線饋電點接地。

而當地面的導電性不良的時候,垂直接地天線的鏡像振子就會顯得模糊,天線的效果就會很差,這時就要敷設人工地網來補救。

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天線地網

通常地網用導體圍繞着垂直振子以輻射形式沿地面水準伸展,導體的長度要求為1/4波長或以上。地網導體越多,天線的接地性能就越好,則天線的效果也就越好。

當垂直接地天線被架設在幹燥沙土岩石地面或者樓頂等接地效果不良的地方,天線的地網尤顯重要,甚至會關系到天線實用與否。是以,在使用垂直接地天線的時候,一定要注意接地問題。

單根振子的垂直接地天線在水準方向的輻射是無方向性的,也就是對于四面八方的信号有着相同的收發效果。

一般短波的垂直接地天線都是在非常接近地面的地方架設,使得天線具有沿着地面輻射的特性。天線的輻射角度越貼近水準面,通過電離層反射所能達到的距離就越遠。是以,垂直接地天線适合用于進行短波的遠距離(DX)通信。

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80m垂直天線

垂直接地天線具有結構簡單、架設容易、天線占地方小、輻射角度低等優點,但同時它又具有增益比較低、無方向性和接收噪音大等固有的缺點。

垂直接地天線通常在工作頻率比較低、要求全向通信、架設條件比較苛刻,臨時應急等情況下使用。

此外,垂直天線風阻小、重量輕,機械強度高,也适合于安裝在車輛等移動交通工具上使用。

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車載短波加感天線

電磁波在傳播時其電場和磁場的方向互相正交垂直,我們稱為電波的極化,并以電場的方向來命名。

振子垂直于地面架設的垂直天線,其輻射的電波電場是與地面垂直的,稱為垂直極化波;水準天線是平行于地面架設,輻射電波的電場與地面平行,稱為水準極化波。是以,通常就認為垂直天線收發的是垂直極化波,而水準天線處理的是水準極化波。

根據天線收發互易的特性,接收時天線必須采用與發射同種極化方式的天線才能有最好的效果。但是由于短波通信的電波經過電離層的來回反射,并且傳播的路徑漫長而不定,發射的電波到達遙遠的接收點時,其極化已經被發散。是以,在進行短波遠距離DX通信時,天線的極化方式對信号的影響不大,可以不作考慮。

由于人為幹擾信号大多數是呈垂直極化方式的,垂直天線接收時易感應到各種人為的幹擾信号,另一方面垂直天線又是全方向接收,是以很多人都認為垂直天線接收的雜音比水準天線要大些。

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