下面這些關(guān)于天線的知識(shí)對(duì)于電子愛(ài)好者來(lái)說(shuō)實(shí)在是有些深?yuàn)W,而本篇只想說(shuō)明一點(diǎn):制作天線時(shí)要考慮一個(gè)縮短系數(shù)的問(wèn)題。
波長(zhǎng)縮短系數(shù)
對(duì)稱振子導(dǎo)線半徑a越大,L1越小,相移常數(shù)和自由空間的波數(shù) k=2π/λ 相差就越大。對(duì)稱振子上的相移常數(shù)β大于自由空間的波數(shù)k,亦即對(duì)稱振子上的波長(zhǎng)短于自由空間波長(zhǎng)。這是一種波長(zhǎng)縮短現(xiàn)象,令n1=β/k,稱n1為波長(zhǎng)縮短系數(shù)。
波長(zhǎng)縮短現(xiàn)象的主要原因有:
① 對(duì)稱振子輻射引起振子電流衰減,使振子電流相速減小,相移常數(shù)β大于自由空間的波數(shù)k,致使波長(zhǎng)縮短;
② 由于振子導(dǎo)體有一定直徑,末端分布電容增大(稱為末端效應(yīng)),末端電流實(shí)際不為零,這等效于振子長(zhǎng)度增加,因而造成波長(zhǎng)縮短。振子導(dǎo)體越粗,末端效應(yīng)越顯著,波長(zhǎng)縮短越嚴(yán)重。
上面提到兩個(gè)概念:相移常數(shù)和末端效應(yīng),下面解釋一下。
什么是相位常數(shù)(相移常數(shù))
相位常數(shù)又叫相移常數(shù),是電磁波傳播時(shí),傳播常數(shù)的虛數(shù)部分(衰減常數(shù)是傳播系數(shù)的實(shí)數(shù)部分),是描述傳輸線上傳播的電磁波在傳播中相位變化的物理量,表示電磁波沿單位長(zhǎng)度均勻線路傳輸時(shí)的相移值,公式為 β=2π/λ,其中λ為波長(zhǎng)。
由于天線上每一點(diǎn)都產(chǎn)生輻射,即電流波在天線上一邊傳輸一邊輻射,使得電流有衰減,電流傳播的相速減小,波長(zhǎng)縮短,相位常數(shù)大于自由空間相位常數(shù)。
天線振子有一定直徑,末端分布電容增大,末端電流實(shí)際不為零,振子愈粗,末端效應(yīng)愈顯著,這也將影響相位常數(shù)。
傳播常數(shù)γ=α+iβ在頻域內(nèi)是個(gè)復(fù)變量,其實(shí)部α為衰減常數(shù),表示電磁波沿傳輸線每單位長(zhǎng)度的幅值變化,而虛部β稱為相位常數(shù),代表電磁波沿傳輸線每單位長(zhǎng)度的相位變化。傳播常數(shù)表示電磁波在同一均勻?qū)щ娊橘|(zhì)中相位變化和振幅衰減。
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根據(jù)以上的介紹可知:天線振子要比理論值短一些是因?yàn)橄辔怀?shù)和末端效應(yīng)的關(guān)系。
天線的實(shí)際縮短長(zhǎng)度(天線縮短系數(shù))
制作天線時(shí),天線振子長(zhǎng)度相對(duì)于理論計(jì)算值縮短的百分比稱為縮短系數(shù),一般縮短5%左右,振子越粗,縮短越多。通常的粗略估算方法是:若天線振子直徑10毫米,縮短4.5%;天線振子直徑15毫米,縮短5%;天線振子直徑20毫米,縮短5.5%。
在VHF頻段可以由下述方法確定天線縮短系數(shù):
天線振子直徑÷波長(zhǎng),得到一個(gè)小數(shù)值,對(duì)應(yīng)的縮短系數(shù)如下:
0.001 縮短 3.7%;
0.002 縮短 4.5%;
0.003 縮短 5.0%;
0.004 縮短 5.3%;
0.005 縮短 5.7%;
0.006 縮短 5.9%;
0.007 縮短 6.0%。
例如用15毫米直徑銅管制作5頻道電視天線,中心波長(zhǎng)341厘米,0.015÷3.41≈0.0044,參照以上數(shù)據(jù)其縮短系數(shù)約為5.5%。
更為精確的天線縮短長(zhǎng)度計(jì)算公式如下:
縮短系數(shù)=0.1295/log(λ/(2d))
其中d為天線振子直徑。