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中波天線的基本原理與選用
中波天線的基本原理與選用
1 引言
中波廣播(即MV波段, 頻率525KHz-- 1610KHz),雖然抗干擾能力不及調(diào)頻廣播, 但是其傳播距離遠(yuǎn),且因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)較長(zhǎng)故可以繞過(guò)高山等障礙物等優(yōu)點(diǎn),至今仍然被廣泛應(yīng)用。
中波廣播的電磁波主要依靠地波進(jìn)行傳播(地表面像導(dǎo)電體一樣,也有引導(dǎo)電磁波傳播的能力,沿著地表面?zhèn)鞑サ碾姶挪?稱(chēng)為地表面波或地波),地表面波是由繞射現(xiàn)象所形成的,只有當(dāng)波長(zhǎng)與障礙物高度可以比擬時(shí), 才會(huì)有繞射作用,所以只有長(zhǎng)波、中波以及短波的低波段部分,可以繞過(guò)地形地物到達(dá)較遠(yuǎn)的地方。因此,地波的傳播情況取決于地面條件,主要是地面的起伏情況。地波傳播的主要特點(diǎn)是傳播穩(wěn)定可靠,當(dāng)天線架設(shè)比較低時(shí)(天線架設(shè)高度比波長(zhǎng)小),最大輻射方向是沿地表面,這時(shí)電波傳播的主要途徑就是地波傳播,例如中波廣播電線輻射的電波。
2 中波天線的基本原理
接收天線處于無(wú)線電波場(chǎng)中,由于發(fā)射天線與接收天線相距甚遠(yuǎn), 因此, 到達(dá)接收天線上各點(diǎn)的波是均勻平面波,如圖一所示。設(shè)入射電場(chǎng)可分為兩個(gè)分量:一個(gè)是垂直于射線與天線軸所構(gòu)成平面的分量E1 ,另一個(gè)是在上述平面內(nèi)的分量E2 。只有沿天線導(dǎo)體表面的電場(chǎng)切線分量Ez=E2 sin θ才能在天線上激起電流,在這個(gè)切向分量的作用下,天線元段dz上將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e=-Ezdz。(如圖1)
設(shè)在入射場(chǎng)的作用下,接收天線上的
電流分布為I(z), 并假設(shè)電流初相為零, 則接收天線從入射場(chǎng)中吸收的功率,由上述分析得整個(gè)天線吸收的功率為:
的波程差。
3 接收天線的基本參數(shù) %
3 . 1 接收功率
天線接收的功率可分為三部分,即
P=PΣ+PL+Pl+ ' '
其中, PΣ為接收天線的再輻射功率;PL 為負(fù)載吸收的功率;Pl為導(dǎo)線和媒質(zhì)的損耗功率。
接收天線的等效電路如圖二所示。圖中Z0 為包括輻射阻抗和損耗電阻在內(nèi)的接收天線輸入阻抗,ZL是負(fù)載阻抗?？梢?jiàn)在接收狀態(tài)下,天線輸入阻抗相當(dāng)于接收電動(dòng)勢(shì)E的內(nèi)阻抗。
3 . 2 有效接收面積%
有效接收面積是衡量一個(gè)天線接收無(wú)線電波能力的重要指標(biāo)。它的定義為:當(dāng)天線以最大接收方向?qū)?zhǔn)來(lái)波方向進(jìn)行接收時(shí),接收天線傳送到匹配負(fù)載的平均功率為PLmax, 并假定此功率是由一塊與來(lái)波方向相垂直的面積所截獲,則這個(gè)面積就稱(chēng)為接收天線的有效接收面積。
3 . 3 等效噪聲溫度%
接收天線的等效噪聲溫度是反映天線接收微弱信號(hào)性能的重要電參數(shù)。在衛(wèi)星通信、射電天文和超遠(yuǎn)程雷達(dá)及微波遙感等設(shè)備中, 由于作用距離甚遠(yuǎn), 所以接收的信號(hào)電平很低,此時(shí)用方向系數(shù)已不能判別天線性能的優(yōu)劣,而必須以天線輸送給接收機(jī)的信號(hào)功率與噪聲功率之比來(lái)衡量天線的性能。等效噪聲溫度即是表征天線向接收機(jī)輸送噪聲功率的參數(shù)。
接收天線把從周?chē)臻g接收到的噪聲功率送到接收機(jī)的過(guò)程類(lèi)似于噪聲電阻把噪聲功率輸送給與其相連的電阻網(wǎng)絡(luò)。因
使信號(hào)功率與噪聲功率的比值達(dá)到一定的數(shù)值。為此,對(duì)接收天線的方向性有以下要求:
①主瓣寬度盡可能窄,以抑制干擾。但如果信號(hào)與干擾來(lái)自同一方向,即使主瓣很窄, 也不能抑制干擾;另一方面,當(dāng)來(lái)波方向易于變化時(shí),主瓣太窄則難以保證穩(wěn)定的接收。因 此,如何選擇主瓣寬度,應(yīng)根據(jù)具體情況而定。
②旁瓣電平盡可能低。如果干擾方向恰與旁瓣最大方向相同,則接收噪聲功率就會(huì)較高, 也就是干擾較大;對(duì)雷達(dá)天線而言,如果旁瓣較大,則由主瓣所看到的目標(biāo)與旁瓣所看到的目標(biāo)會(huì)在顯示器上相混淆, 造成目標(biāo)的失落。因此, 在任何情況下, 都希望旁瓣電平盡可能的低。 %
③天線方向圖中最好能有一個(gè)或多個(gè)可控制的零點(diǎn),以便將零點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)干擾方向, 而且當(dāng)干擾方向變化時(shí),零點(diǎn)方向也隨之改變,這也稱(chēng)為零點(diǎn)自動(dòng)形成技術(shù)。
3 中波天線的選用
ZY 26 02 型中短波 、調(diào)頻接收天線 ,
ZY2602中短波、調(diào)頻接收天線可用于接收500KHz～108MHz無(wú)線電信號(hào),其內(nèi)置低噪聲射頻放大器,電纜插座采用埋入式設(shè)計(jì)。該天線重量輕、體積小、可靠性高,具有防雷和三防能力,適應(yīng)于野外高溫、低溫、潮 濕的工作環(huán)境, 其技術(shù)指標(biāo)如表1所示:
由表中的技術(shù)數(shù)據(jù)可以看出,ZY2602 型接收天線不但能夠穩(wěn)定地接收中波信號(hào),而且能夠滿(mǎn)足北方低溫地區(qū)的溫度要求,適合于北方地區(qū)使用。
4 結(jié)束語(yǔ)
由于中波廣播的覆蓋范圍廣,收聽(tīng)人數(shù)眾多,而天線單元是接收系統(tǒng)中很重要的一環(huán),天
P = - l sI (z)e- jkzcos0=
-l
òl(fā)EI(z)ejkzcos0 dz
此接收天線等效為一個(gè)溫度為T(mén)a的電阻,
天線向與其匹配的接收機(jī)輸送的噪聲功率
線對(duì)無(wú)線電波的接收、轉(zhuǎn)化能力強(qiáng),就能得到
高質(zhì)量的電信號(hào),進(jìn)而得到高質(zhì)量的聲音。若
式中ejkzcosθ是入射場(chǎng)到達(dá)天線上各元段Pn就等于該電阻所輸送的最大噪聲功率。
3 . 4 方向性%
從接收的角度講,要保證正常接收,必須
這一環(huán)節(jié)質(zhì)量不好、得到的信號(hào)很弱,后面的處理電路能力再?gòu)?qiáng),也不可能使信號(hào)“無(wú)中生有”。因此,選擇和運(yùn)用好天線是接收的關(guān)鍵。
E 22 l
圖 1 天線接收原理圖
Z 0Z L e
圖 2 天線等效電路圖
表 1 天線技術(shù)指標(biāo)
頻率范圍 | 500K～108MHz | |
幅頻特性 G | 0±2dB | |
極化方式 | 垂直極化 | |
接收方向性 | 全向 | |
噪聲電平 | 500K～30MHz | ≤-10dBμv |
輸出駐波比 | ≤2.0 | |
輸入截點(diǎn)(信號(hào)直通測(cè)試) | 二階 | ≥50dBm |
三階 | ≥30dBm | |
接口 | 射頻輸出 | N 型插頭 |
外型尺寸 | 高 | 1570 毫米 |
電源電壓 | DC 24V 100mA | |
溫度范圍 | 應(yīng)用溫度 | -40℃到＋55℃ |
貯存 | -50℃到＋65 ℃ | |
相對(duì)濕度 | 95%±3%(30℃±2℃) |
引申閱讀：GPS天線原理