多個中波廣播發(fā)射天線間互耦對天線方向特性的影響分析

王日紅

（作者單位：國家新聞出版廣電總局五八二臺）

多個中波廣播發(fā)射天線間互耦對天線方向特性的影響分析

王日紅

（作者單位：國家新聞出版廣電總局五八二臺）

摘 要：天線是通過發(fā)射電磁波傳遞信號的。天線發(fā)射的電磁波對周圍天線造成影響是由于多個發(fā)射天線的距離足夠小，發(fā)射天線間的耦合問題因此產(chǎn)生，天線的大小、排列方式、間距及地面狀況等因素決定天線間耦合對天線的影響。本文針對中波廣播發(fā)射天線間互耦問題，分析對天線方向特性的影響。

關(guān)鍵詞：中波廣播；發(fā)射天線；互耦；仿真；天線方向特性

在廣播電臺的調(diào)幅廣播系統(tǒng)中，中波廣播發(fā)射系統(tǒng)是不可或缺的一部分，而天線又是中波廣播發(fā)射系統(tǒng)中的重要組成部分。由于中波廣播發(fā)射天線的使用環(huán)境的特殊性，因此廣播效果的好壞極其重要，并且在城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)的情況下，寸土寸金，如何給天線選擇合適的位置極其重要。因此，天線間互耦問題的影響研究分析具有重要意義。

1 研究現(xiàn)狀

隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，人們對生活質(zhì)量要求越來越高，天線作為信息傳遞的重要工具，也隨之越來越多，這與城市化提高土地利用率有了矛盾，如何合理選擇天線的位置尤為重要。

2 天線的基本理論

2.1 天線的概述與分類

廣播、電視、無線電通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、電子對抗、遙感等工程系統(tǒng)，都是依靠天線來進(jìn)行工作。天線的種類有很多，根據(jù)工作性質(zhì)分為發(fā)射天線和接收天線兩類；根據(jù)用途分為通信天線、廣播天線、電視天線和雷達(dá)天線四類；根據(jù)波長分為長波天線、中波天線、短波天線、超短波天線和微波天線五類。

2.2 天線的信號傳遞原理

天線輻射的是無線電波。天線是一種導(dǎo)行波與自由空間之間的轉(zhuǎn)換器件。發(fā)射端的發(fā)射機的作用是把能量經(jīng)饋電設(shè)備輸入發(fā)射天線，發(fā)射天線的作用是將能量轉(zhuǎn)換為電磁波向外輻射，另一端的接收天線的作用是接收輻射來的電磁波，接收天線再經(jīng)饋電設(shè)備輸出到接收機上，此過程完成信號的傳遞，如圖1所示。圖1 天線信號傳遞原理圖

2.3 天線的參數(shù)

影響天線的性能有很多，通過天線的參數(shù)來反映天線性能的優(yōu)劣。天線的主要參數(shù)有方向圖、方向系數(shù)、增益、阻抗、帶寬等。

2.3.1 方向圖

方向圖是指在與天線一定距離處，輻射場的相對場強隨方向變化的圖形，通常采用天線最大輻射方向上的兩個相互垂直的平面方向圖來表示。

2.3.2 波瓣寬度

方向圖一般都有兩個或多個瓣，其中輻射強度最大的瓣成為主瓣，其余為旁瓣。主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射強度降低3dB的兩點間的夾角定義為波瓣寬度。方向性、作用距離和抗干擾能力與波瓣寬度的大小成反比。

2.3.3 前后比

方向圖中，前后瓣最大值的比值為前后比，前后比與天線的后向輻射成反比。

2.3.4 方向系數(shù)

方向系數(shù)是在天線最大輻射方向上某點的輻射功率流密度與理想的輻射功率流密度的比值。

2.3.5 增益

增益是天線最大輻射方向的方向圖強度與參考方向圖強度比值的對數(shù)。

2.3.6 阻抗

電波在天線系統(tǒng)內(nèi)傳輸時，由于傳輸介質(zhì)的變化，會遇到阻抗差異。

2.3.7 帶寬

帶寬指的是天線有效工作的頻率范圍，一般以其諧振頻率為中心。

3 中波廣播發(fā)射天線耦合對天線方向特性的影響

3.1 天線方向特性的影響

在多個天線共同作用時，對其中一個天線加饋電，其他天線依靠加饋電的天線的耦合來產(chǎn)生的感應(yīng)電流來激勵，其感應(yīng)電流的大小取決于個振子的長度和間距，換句話說，調(diào)整各天線的長度和間距可以改變天線間的電流分配比例，進(jìn)而控制天線的方向性。

如圖2示，分析兩個天線共同作用時的工作原理。

圖2　兩個天線共同作用時的工作原理

設(shè)天線A和B分別為有源和無源天線，兩個天線均沿Y軸放置，沿Z軸排列，其中間距為d，設(shè)天線電流按照正弦分布，則其波腹表達(dá)式為

式中，m為振幅比；ξ為相位差。

由天線陣?yán)碚?，得出這兩個天線的輻射場為

根據(jù)耦合振子理論，得出兩振子電流的振幅比和相位差計算公式為

利用感應(yīng)電動勢法可以計算出自阻抗和互阻抗，其中，互阻抗Z12=Z21的表達(dá)式為

自阻抗的表達(dá)式為

根據(jù)互阻抗和自阻抗表達(dá)式可知，互阻抗取決于天線尺寸和天線間距離而自阻抗只取決于天線的尺寸。合理調(diào)整振子的長度和間距得到不同的m和ξ值，從而得到不同的方向性。

3.2 不同頻段天線間的間距對天線的影響

中波廣播的頻段范圍為526.5~1606.5kHz，分為選取650kHz、900kHz、1100kHz、1400kHz共4個頻率。研究分析4個不同頻率的天線，在不同排列方式、不同間距的情況下天線方向的特性。

設(shè)λ=500 m，天線的高度分別為250 m、174 m、150 m和110 m，天線間距分別取0.25λ、0.5 λ、1 λ和1.5 λ，將排列方式為一字排列和四角排列分別建模，并進(jìn)行仿真。

3.3 統(tǒng)計分析

研究分析4個不同頻率的天線間互耦對天線方向特性的影響，得出下列表。

從表1可得，當(dāng)排列方式為一字時，650 kHz在間距為1.5λ時，輻射差值最小為0.60dB，900kHz在間距為1λ時，輻射差值最小為2.10 dB，1100 kHz在

表1

間距為1.5λ時，輻射差值最小為2.62 dB，1400 kHz在間距為1.5λ時，輻射差值最小為5.70 dB；當(dāng)排列方式為四角時，650 kHz在間距為1.5λ時，輻射差值最小為2.04 dB，900 kHz在間距為1.5λ時，輻射差值最小為2.88 dB，1100 kHz在間距為1.5λ時，輻射差值最小為3.81 dB，1400 kHz在間距為0.25 λ時，輻射差值最小為5.49 dB。

由此可知，天線一字排列比四角排列的互耦影響?。惶炀€的間距與天線間互耦對天線方向特性的影響成反比。

4 結(jié)語

通過研究分析4個不同頻率的天線，在不同排列和間距下，天線間互耦對天線方向特性的影響，得出天線的間距與天線間互耦對天線方向特性的影響成反比，并且天線的一字排列相對于四角排列的互耦影響小。

參考文獻(xiàn)：

[1]李卉云.中波廣播發(fā)射天線的原理[J].硅谷,2010,（5）.

[2]姚超軍.互耦對小間距天線陣增益影響的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué),2007.

作者簡介：王日紅（1974-），女，北京人，本科，工程師。研究方向：無線廣播發(fā)送。