从最基本的说起,空间上某点有变化的电场就会产生变化的磁场,变化的磁场又产生变化的电场,从而形成电磁场,空间上某点的电磁场就是空间各点产生的电磁波传播到该点上后的矢量叠加。
具体到天线,天线上存在变化的电流,也就存在变化的电场,变化的电场又产生变化的磁场,如此循环不止,形成电磁场向外发射。更具体一点,天线振子可以看成是无数点形成的排列,每一点上都存在着变化的电流,这个电流有着特定的电流幅度大小及相位变化特征,其所产生的电磁场向空间上的各个方向辐射,也存在相应的强度与相位规律。辐射到远处某点也就有强度与相位的规律。把天线上每一点辐射出来的电磁场在所有空间上的矢量叠加,就是我们所说的天线辐射电磁场。
再看天线上各点的电流变化情况,这个首先取决于电台。电台输出的信号可能包含不同的频率、不同的幅度、不同的相位,但是有一点,其波形曲线都可以用正弦曲线组合构成,所以我们只关心正弦波信号在天线上行走时的电流变化规律。感谢伟大的数学家发明了微积分,通过这种办法,可以把振子上任意点、任意时间的电流大小和相位计算得一清二楚。当然了,这是数学家干的事情,很多人连山寨一下计算过程都做不到,我们还是做个拿来主义者,借用数学家们的计算结论吧。这里最重要的一个结论:天线振子上的电流振幅(不是指瞬间的幅度大小)总是从末端开始,呈正弦分布,每1/2波长反相一次。
提到积分,不得不想到了近代欧洲的一位牛人—麦克斯韦大叔,这位大叔可不简单,在他那个年代就知道了基本电磁场方程。这个方程经过这样演算,那样推算(具体去问数学家,我也不懂),最终可以求得某点上电流为I时,空间某点处的电磁场E。
让我们回顾一下刚才说过的东西,天线振子上某点A的电流是可以算出来的,我们通过这个电流,可以算出空间各点上的电磁场矢量;而天线振子可以看成无数点A1+A2+A3******的排列,天线的辐射电磁场就是所有A点在空间上所有点上产生的电磁场的矢量叠加。这里涉及到天文数字级别的计算,所以靠人工不可能完成,当代电子计算机技术的发展,才使这种计算得以实现。
作为一名业余无线电爱好者,我们大可不必去进行这种计算,原因很简单,因为我们并不需要对某点的电磁场进行定量。但是我们应该理解电磁场产生的原理,并理解可能会对电磁场产生影响的因素。所以总体介绍到此结束,下面进入具体分析部分(会不定期更新):
一、加感天线的加感位置对效率的影响
我们都知道,加感天线按加感位置大致可以分为三种:底部加感、中部加感、顶部加感。因为加感线圈的绕线长度+振子长度约等于1/4波长,我们按1/4波长振子的电流分布来分析,从末端电流最小为零开始到馈电点按正弦分布逐渐增大至最大值。底部加感时,相当于振子上电流较大的地方失去了辐射作用,效率最低;中部加感时,相当于电流不是最大也不是最小的地方失去了辐射作用,效率中等;顶部加感时,相当于电流较小的地方失去了辐射作用,效率最高。另外,在实际应用时,底部加感所用的电感最小,应该对高频电流的损耗最小,但此处电流最大,电感对高频强电流的损耗较大;顶部加感时,所用的电感最大,对高频电流的损耗最大,但此处电流最小,电感对高频小电流的损耗最小,这些都要实际运用时要考虑的因素。但总体来说,是越近顶部,效率越高。
二、长线天线的振子的合适长度
还是看振子上的电流,当振子长度不超过1/2波长时,振子越长,振子上的同相电流就越多,效率越高。当振子长度非常接近1/2波长时,其效率是非常接近全尺寸DP天线的。只是振子长度接近1/2波长时,阻抗很高,有些天调不一定可以匹配下来。但如果可以匹配的话,这个天调就可以当成1/2波长端馈天线的匹配盒;实际上,1/2波长端馈天线的匹配盒也可以看成一个天调。
当振子长度超过1/2波长时,情况就和上面有点不同了,因为会同时存在正向电流和反向电流。有人提出,正反向电流产生的反向的电磁场,相互抵销,真正起作用的只有正反向抵销后剩下的长度起作用。如此算来,在20米波操作时,17米长线就和3米长线效果一样,20米长线完全就不能辐射。很显然,这并不与我们的实际操作结果相符,很多的爱好者用20米长线20米波段取得了不错的效果。针对这个问题,我当时还与一位资深前辈进行过争论。
这里我们要注意一个细节,我们在讨论平衡馈线时,因为平衡馈线距离很近,电流相反,所以产生的电磁场几乎完全抵销。但是在成一条直线的振子上,这种情况是不同的,由于空间关系的原因,正反向电流产生的电磁场并不会完全抵销,而是更多的对辐射方向产生影响。这就容易理解了,22.5米长线的效果并不同等于2.5米长线,而是强得多
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