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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頻廣播, 但是其傳播距離遠,且因為波長較長故可以繞過高山等障礙物等優點,至今仍然被廣泛應用。
中波廣播的電磁波主要依靠地波進行傳播(地表面像導電體一樣,也有引導電磁波傳播的能力,沿著地表面傳播的電磁波,稱為地表面波或地波),地表面波是由繞射現象所形成的,只有當波長與障礙物高度可以比擬時, 才會有繞射作用,所以只有長波、中波以及短波的低波段部分,可以繞過地形地物到達較遠的地方。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是傳播穩定可靠,當天線架設比較低時(天線架設高度比波長小),最大輻射方向是沿地表面,這時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
接收天線處于無線電波場中,由于發射天線與接收天線相距甚遠, 因此, 到達接收天線上各點的波是均勻平面波,如圖一所示。設入射電場可分為兩個分量:一個是垂直于射線與天線軸所構成平面的分量E1 ,另一個是在上述平面內的分量E2 。只有沿天線導體表面的電場切線分量Ez=E2 sin θ才能在天線上激起電流,在這個切向分量的作用下,天線元段dz上將產生感應電動勢e=-Ezdz。(如圖1)
設在入射場的作用下,接收天線上的
電流分布為I(z), 并假設電流初相為零, 則接收天線從入射場中吸收的功率,由上述分析得整個天線吸收的功率為:
的波程差。
3 接收天線的基本參數 %
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 為負載吸收的功率;Pl為導線和媒質的損耗功率。
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的接收天線輸入阻抗,ZL是負載阻抗。可見在接收狀態下,天線輸入阻抗相當于接收電動勢E的內阻抗。
3 . 2 有效接收面積%
有效接收面積是衡量一個天線接收無線電波能力的重要指標。它的定義為:當天線以最大接收方向對準來波方向進行接收時,接收天線傳送到匹配負載的平均功率為PLmax, 并假定此功率是由一塊與來波方向相垂直的面積所截獲,則這個面積就稱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性能的重要電參數。在衛星通信、射電天文和超遠程雷達及微波遙感等設備中, 由于作用距離甚遠, 所以接收的信號電平很低,此時用方向系數已不能判別天線性能的優劣,而必須以天線輸送給接收機的信號功率與噪聲功率之比來衡量天線的性能。等效噪聲溫度即是表征天線向接收機輸送噪聲功率的參數。
接收天線把從周圍空間接收到的噪聲功率送到接收機的過程類似于噪聲電阻把噪聲功率輸送給與其相連的電阻網絡。因
使信號功率與噪聲功率的比值達到一定的數值。為此,對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。但如果信號與干擾來自同一方向,即使主瓣很窄, 也不能抑制干擾;另一方面,當來波方向易于變化時,主瓣太窄則難以保證穩定的接收。因 此,如何選擇主瓣寬度,應根據具體情況而定。
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較高, 也就是干擾較大;對雷達天線而言,如果旁瓣較大,則由主瓣所看到的目標與旁瓣所看到的目標會在顯示器上相混淆, 造成目標的失落。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或多個可控制的零點,以便將零點對準干擾方向, 而且當干擾方向變化時,零點方向也隨之改變,這也稱為零點自動形成技術。
3 中波天線的選用
ZY 26 02 型中短波 、調頻接收天線 ,
ZY2602中短波、調頻接收天線可用于接收500KHz～108MHz無線電信號,其內置低噪聲射頻放大器,電纜插座采用埋入式設計。該天線重量輕、體積小、可靠性高,具有防雷和三防能力,適應于野外高溫、低溫、潮 濕的工作環境, 其技術指標如表1所示:
由表中的技術數據可以看出,ZY2602 型接收天線不但能夠穩定地接收中波信號,而且能夠滿足北方低溫地區的溫度要求,適合于北方地區使用。
4 結束語
由于中波廣播的覆蓋范圍廣,收聽人數眾多,而天線單元是接收系統中很重要的一環,天
P = - l sI (z)e- jkzcos0=
-l
òlEI(z)ejkzcos0 dz
此接收天線等效為一個溫度為Ta的電阻,
天線向與其匹配的接收機輸送的噪聲功率
線對無線電波的接收、轉化能力強,就能得到
高質量的電信號,進而得到高質量的聲音。若
式中ejkzcosθ是入射場到達天線上各元段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
這一環節質量不好、得到的信號很弱,后面的處理電路能力再強,也不可能使信號“無中生有”。因此,選擇和運用好天線是接收的關鍵。
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 天線技術指標
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(信號直通測試) | 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 | 應用溫度 | -40℃到＋55℃ |
貯存 | -50℃到＋65 ℃ | |
相對濕度 | 95%±3%(30℃±2℃) |
引申閱讀：GPS天線原理