偶極天線是一種簡(jiǎn)單且也是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、無(wú)線電和電信中最常用的天線類型。顧名思義，這種天線主要包括兩個(gè)相同的導(dǎo)電元件，如棒或金屬線。偶極子的一個(gè)常見(jiàn)例子是廣播電視機(jī)上的電視天線。該天線的信號(hào)范圍垂直為 75 度，水平為 360 度。有不同類型的偶極子天線，如半波、多半波、折疊和短偶極子天線。因此，本文討論偶極子天線的一種類型，例如短偶極子天線。
什么是短偶極子天線？
由兩個(gè)導(dǎo)體形成的偶極天線，其總長(zhǎng)度遠(yuǎn)短于半波長(zhǎng)，被稱為短偶極天線。這種類型的天線包括兩個(gè)背對(duì)背共線的導(dǎo)體，盡管它們之間有一點(diǎn)間隙用于饋線。該天線的一端開(kāi)路，而另一端通過(guò)交流電源供電。該天線的頻率范圍為 3 KHz – 30 MHz。該天線最常用于低頻接收器以及空間存在問(wèn)題的情況，否則需要非諧振天線。該天線的對(duì)象僅支持極化場(chǎng)。短偶極子天線圖如下所示。
短偶極子天線設(shè)計(jì)
這種天線設(shè)計(jì)主要取決于不同的因素，例如所需的頻率、天線尺寸和所使用的傳輸線阻抗。為了設(shè)計(jì)這種天線，您必須計(jì)算元件的長(zhǎng)度和元件之間的間距。元件之間的空間非常重要，并且由天線的首選阻抗決定。元件的長(zhǎng)度可以通過(guò)操作頻率來(lái)決定。對(duì)于這種天線，每個(gè)元件的長(zhǎng)度相當(dāng)于所廣播的無(wú)線電波波長(zhǎng)的一半。
這種天線的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，只需一根比波長(zhǎng)短的電線。在該天線的一端連接了電壓源，而在另一端，通過(guò)端接線形成偶極子形狀。
上圖顯示了長(zhǎng)度為“L”的天線設(shè)計(jì)。天線引線的導(dǎo)線應(yīng)低于波長(zhǎng) (λ) 的十分之一 (1/ 10)，如下所示。
L < λ/10
其中
“L”是短偶極子的導(dǎo)線長(zhǎng)度。
“λ”是波長(zhǎng)。
工作原理
短偶極子天線的工作原理是，一旦交流電遍布整個(gè)天線，就會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，從天線向外發(fā)射。
天線極化可以定義為當(dāng)能量從天線發(fā)射出去時(shí)天線產(chǎn)生電磁場(chǎng)的方式。因此，這些方向場(chǎng)決定了能量接收或離開(kāi)天線的方向。短偶極天線極化是線性的。
耐輻射性
輻射電阻是天線的主要參數(shù)之一。這主要是決定整體饋電阻抗以及必要的匹配所必需的。該天線的輻射電阻可以計(jì)算為
Rr = 20(πL/λ)2
其中：
“Rr”是歐姆以內(nèi)的輻射電阻。
“L”是天線元件長(zhǎng)度。
“λ”是波長(zhǎng)。
對(duì)于該天線，輸入饋電阻抗包括電容、串聯(lián)電感、歐姆電阻和輻射電阻等各種元素。因此，所有這些元素需要進(jìn)行矢量合并以獲得饋電阻抗。
該天線比半波長(zhǎng)天線更短，并且在正常的半波長(zhǎng)諧振頻率下工作。因此，主要電抗元素將是容抗。因此天線的阻抗是很困難的，它包括電阻成分和容抗。與使用同軸饋線不同，在天線以及任何阻抗匹配電路之間使用平衡饋線很簡(jiǎn)單。
短偶極子天線的方向性
天線的方向性可以定義為特定方向上輻射方向圖集中度的度量，以分貝表示。如果方向性越高，則通過(guò)天線輻射的波束越集中。向所有方向均勻輻射的天線則為全向天線，因此方向性將為 1 (0 dB)。
天線的方向性并不總是越好，例如，移動(dòng)設(shè)備需要全向天線，因此它們需要低方向性或無(wú)方向性天線。高方向性天線用于永久性安裝，如無(wú)線回程、衛(wèi)星電視等，因?yàn)樾畔⑿枰谔囟ǚ较蜷L(zhǎng)距離發(fā)送和接收。
短偶極子天線的方向性主要取決于場(chǎng)的分量。因此可以測(cè)量為 1.5 (1.76 dB)，這對(duì)于物理（或）非理論天線來(lái)說(shuō)非常低。
輻射方向圖
輻射方向圖是通過(guò)天線輻射的能量的圖形表示。輻射方向圖描述了天線的能量如何輻射到太空中。短偶極天線的輻射方向圖位于如下所示的全向方向圖內(nèi)。
短偶極子和無(wú)窮小偶極子天線的輻射方向圖與半波偶極子相同。因此，如果偶極子呈垂直形狀，則輻射圖將呈圓形。在二維圖案中觀察時(shí)，輻射圖案的形狀是“八字形”。
短偶極子天線的有效性
短偶極子天線的有效性可以使用各種參數(shù)進(jìn)行評(píng)估。以下是計(jì)算和評(píng)估短偶極子天線性能的一些常見(jiàn)措施：
輻射方向圖：? 輻射方向圖可以使用專用設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量或使用天線建模軟件進(jìn)行模擬。設(shè)計(jì)良好的短偶極子天線應(yīng)表現(xiàn)出對(duì)稱的輻射方向圖，并在所需方向上具有均勻的覆蓋范圍。
增益：與理想的各向同性輻射器相比，天線增益測(cè)量特定方向上的輻射功率集中度。它通常以分貝 (dBi) 或相對(duì)增益表示。與其他天線類型（例如八木天線或貼片天線）相比，短偶極天線的增益通常較低。增益可以使用理論公式計(jì)算或通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量。
方向性：方向性表示天線將輻射功率集中在特定方向的能力。它衡量天線將能量集中在特定方向的能力，不包括損耗。方向性與天線的輻射方向圖密切相關(guān)。短偶極子天線的方向性可以使用基于天線尺寸和結(jié)構(gòu)的公式來(lái)計(jì)算。
效率：效率表示天線將輸入功率轉(zhuǎn)換為輻射功率的能力。它考慮天線系統(tǒng)內(nèi)的損耗，例如電阻損耗、介電損耗和失配損耗。短偶極子天線的效率可以計(jì)算為輻射功率與總輸入功率的比率。通常，較短的偶極子天線與較長(zhǎng)的天線相比效率較低。
阻抗匹配：阻抗匹配對(duì)于優(yōu)化天線與傳輸線或射頻電路之間的功率傳輸至關(guān)重要。阻抗匹配不良會(huì)導(dǎo)致明顯的信號(hào)反射和信號(hào)強(qiáng)度損失。短偶極天線的阻抗可以根據(jù)其尺寸來(lái)計(jì)算，并與饋電傳輸線或系統(tǒng)的阻抗進(jìn)行比較。
帶寬：天線的帶寬代表其有效運(yùn)行的頻率范圍。它表明天線在一定頻率范圍內(nèi)接收或發(fā)射信號(hào)而性能不會(huì)顯著下降的能力。短偶極子天線的帶寬與其物理尺寸和諧振特性有關(guān)。
駐波比 (SWR)：?SWR 測(cè)量天線和傳輸線之間的阻抗匹配。它量化了由于阻抗不匹配而從天線反射回來(lái)的功率量。較低的 SWR 值表示更好的阻抗匹配和更低的功率損耗。SWR 可以使用 SWR 計(jì)進(jìn)行測(cè)量，也可以根據(jù)阻抗測(cè)量進(jìn)行計(jì)算。
這些參數(shù)提供了對(duì)短偶極子天線的有效性和性能的綜合評(píng)估。然而，具體的計(jì)算方法可能會(huì)根據(jù)天線設(shè)計(jì)、工作頻率和可用的測(cè)量設(shè)備而有所不同。為了進(jìn)行精確計(jì)算，可能需要專門(mén)的天線分析軟件或設(shè)備。
優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)
短偶極子天線的優(yōu)點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)。
它的構(gòu)造很簡(jiǎn)單。
這些產(chǎn)品有小尺寸可供選擇。
它具有高電源效率。
這是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的線天線。
它提供了獲得平衡信號(hào)的好處
偶極子間隙的大小對(duì)天線的性能幾乎沒(méi)有影響。
一旦發(fā)射和接收信號(hào)，這些都是全向的。
短偶極天線的缺點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)。
它的輻射較小。
它具有高電阻損耗。
這些天線無(wú)法接收來(lái)自遠(yuǎn)處的信號(hào)
功耗高。
這些都沒(méi)有效率。
它的輻射較小。
它的信噪比較低。
應(yīng)用領(lǐng)域
短偶極子天線的應(yīng)用包括以下內(nèi)容。
這些天線用于窄帶應(yīng)用。
這些主要用于調(diào)諧器電路。
這些天線用于電力傳輸、無(wú)線通信或監(jiān)視，波長(zhǎng)范圍從微米到數(shù)百公里。
在全半波偶極子天線非常大的特定應(yīng)用中，使用它來(lái)代替全半波偶極子天線。
這種天線主要用于低頻接收機(jī)。
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