波長縮短效應,天線縮短系數:天線末端效應、相位常數
波長縮短系數
對稱振子導線半徑a越大,L1越小,相移常數和自由空間的波數 k=2π/λ 相差就越大。對稱振子上的相移常數β大于自由空間的波數k,亦即對稱振子上的波長短于自由空間波長。這是一種波長縮短現象,令n1=β/k,稱n1為波長縮短系數。
波長縮短現象的主要原因有:
① 對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β大于自由空間的波數k,致使波長縮短;
② 由于振子導體有一定直徑,末端分布電容增大(稱為末端效應),末端電流實際不為零,這等效于振子長度增加,因而造成波長縮短。振子導體越粗,末端效應越顯著,波長縮短越嚴重。
上面提到兩個概念:相移常數和末端效應,下面解釋一下。
什么是相位常數(相移常數)
相位常數又叫相移常數,是電磁波傳播時,傳播常數的虛數部分(衰減常數是傳播系數的實數部分),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度均勻線路傳輸時的相移值,公式為 β=2π/λ,其中λ為波長。
由于天線上每一點都產生輻射,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,波長縮短,相位常數大于自由空間相位常數。
天線振子有一定直徑,末端分布電容增大,末端電流實際不為零,振子愈粗,末端效應愈顯著,這也將影響相位常數。
傳播常數γ=α+iβ在頻域內是個復變量,其實部α為衰減常數,表示電磁波沿傳輸線每單位長度的幅值變化,而虛部β稱為相位常數,代表電磁波沿傳輸線每單位長度的相位變化。傳播常數表示電磁波在同一均勻導電介質中相位變化和振幅衰減。
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根據以上的介紹可知:天線振子要比理論值短一些是因為相位常數和末端效應的關系。
天線的實際縮短長度(天線縮短系數)
制作天線時,天線振子長度相對于理論計算值縮短的百分比稱為縮短系數,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:
天線振子直徑÷波長,得到一個小數值,對應的縮短系數如下:
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341厘米,0.015÷3.41≈0.0044,參照以上數據其縮短系數約為5.5%。
更為精確的天線縮短長度計算公式如下:
縮短系數=0.1295/log(λ/(2d))
其中d為天線振子直徑。
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