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中波天线的基本原理与选用
中波天线的基本原理与选用
1 引言
中波广播(即MV波段, 频率525KHz-- 1610KHz),虽然抗干扰能力不及调频广播, 但是其传播距离远,且因为波长较长故可以绕过高山等障碍物等优点,至今仍然被广泛应用。
中波广播的电磁波主要依靠地波进行传播(地表面像导电体一样,也有引导电磁波传播的能力,沿着地表面传播的电磁波,称为地表面波或地波),地表面波是由绕射现象所形成的,只有当波长与障碍物高度可以比拟时, 才会有绕射作用,所以只有长波、中波以及短波的低波段部分,可以绕过地形地物到达较远的地方。因此,地波的传播情况取决于地面条件,主要是地面的起伏情况。地波传播的主要特点是传播稳定可靠,当天线架设比较低时(天线架设高度比波长小),最大辐射方向是沿地表面,这时电波传播的主要途径就是地波传播,例如中波广播电线辐射的电波。
2 中波天线的基本原理
接收天线处于无线电波场中,由于发射天线与接收天线相距甚远, 因此, 到达接收天线上各点的波是均匀平面波,如图一所示。设入射电场可分为两个分量:一个是垂直于射线与天线轴所构成平面的分量E1 ,另一个是在上述平面内的分量E2 。只有沿天线导体表面的电场切线分量Ez=E2 sin θ才能在天线上激起电流,在这个切向分量的作用下,天线元段dz上将产生感应电动势e=-Ezdz。(如图1)
设在入射场的作用下,接收天线上的
电流分布为I(z), 并假设电流初相为零, 则接收天线从入射场中吸收的功率,由上述分析得整个天线吸收的功率为:
的波程差。
3 接收天线的基本参数 %
3 . 1 接收功率
天线接收的功率可分为三部分,即
P=PΣ+PL+Pl+ ' '
其中, PΣ为接收天线的再辐射功率;PL 为负载吸收的功率;Pl为导线和媒质的损耗功率。
接收天线的等效电路如图二所示。图中Z0 为包括辐射阻抗和损耗电阻在内的接收天线输入阻抗,ZL是负载阻抗。可见在接收状态下,天线输入阻抗相当于接收电动势E的内阻抗。
3 . 2 有效接收面积%
有效接收面积是衡量一个天线接收无线电波能力的重要指标。它的定义为:当天线以最大接收方向对准来波方向进行接收时,接收天线传送到匹配负载的平均功率为PLmax, 并假定此功率是由一块与来波方向相垂直的面积所截获,则这个面积就称为接收天线的有效接收面积。
3 . 3 等效噪声温度%
接收天线的等效噪声温度是反映天线接收微弱信号性能的重要电参数。在卫星通信、射电天文和超远程雷达及微波遥感等设备中, 由于作用距离甚远, 所以接收的信号电平很低,此时用方向系数已不能判别天线性能的优劣,而必须以天线输送给接收机的信号功率与噪声功率之比来衡量天线的性能。等效噪声温度即是表征天线向接收机输送噪声功率的参数。
接收天线把从周围空间接收到的噪声功率送到接收机的过程类似于噪声电阻把噪声功率输送给与其相连的电阻网络。因
使信号功率与噪声功率的比值达到一定的数值。为此,对接收天线的方向性有以下要求:
①主瓣宽度尽可能窄,以抑制干扰。但如果信号与干扰来自同一方向,即使主瓣很窄, 也不能抑制干扰;另一方面,当来波方向易于变化时,主瓣太窄则难以保证稳定的接收。因 此,如何选择主瓣宽度,应根据具体情况而定。
②旁瓣电平尽可能低。如果干扰方向恰与旁瓣最大方向相同,则接收噪声功率就会较高, 也就是干扰较大;对雷达天线而言,如果旁瓣较大,则由主瓣所看到的目标与旁瓣所看到的目标会在显示器上相混淆, 造成目标的失落。因此, 在任何情况下, 都希望旁瓣电平尽可能的低。 %
③天线方向图中最好能有一个或多个可控制的零点,以便将零点对准干扰方向, 而且当干扰方向变化时,零点方向也随之改变,这也称为零点自动形成技术。
3 中波天线的选用
ZY 26 02 型中短波 、调频接收天线 ,
ZY2602中短波、调频接收天线可用于接收500KHz～108MHz无线电信号,其内置低噪声射频放大器,电缆插座采用埋入式设计。该天线重量轻、体积小、可靠性高,具有防雷和三防能力,适应于野外高温、低温、潮 湿的工作环境, 其技术指标如表1所示:
由表中的技术数据可以看出,ZY2602 型接收天线不但能够稳定地接收中波信号,而且能够满足北方低温地区的温度要求,适合于北方地区使用。
4 结束语
由于中波广播的覆盖范围广,收听人数众多,而天线单元是接收系统中很重要的一环,天
P = - l sI (z)e- jkzcos0=
-l
òlEI(z)ejkzcos0 dz
此接收天线等效为一个温度为Ta的电阻,
天线向与其匹配的接收机输送的噪声功率
线对无线电波的接收、转化能力强,就能得到
高质量的电信号,进而得到高质量的声音。若
式中ejkzcosθ是入射场到达天线上各元段Pn就等于该电阻所输送的最大噪声功率。
3 . 4 方向性%
从接收的角度讲,要保证正常接收,必须
这一环节质量不好、得到的信号很弱,后面的处理电路能力再强,也不可能使信号“无中生有”。因此,选择和运用好天线是接收的关键。
E 22 l
图 1 天线接收原理图
Z 0Z L e
图 2 天线等效电路图
表 1 天线技术指标
频率范围 | 500K～108MHz | |
幅频特性 G | 0±2dB | |
极化方式 | 垂直极化 | |
接收方向性 | 全向 | |
噪声电平 | 500K～30MHz | ≤-10dBμv |
输出驻波比 | ≤2.0 | |
输入截点(信号直通测试) | 二阶 | ≥50dBm |
三阶 | ≥30dBm | |
接口 | 射频输出 | N 型插头 |
外型尺寸 | 高 | 1570 毫米 |
电源电压 | DC 24V 100mA | |
温度范围 | 应用温度 | -40℃到＋55℃ |
贮存 | -50℃到＋65 ℃ | |
相对湿度 | 95%±3%(30℃±2℃) |
引申阅读：GPS天线原理