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双锥中波小天线原理简介 李为丰 提 要：天线相当。双锥小天线Kw以下的中小功率发射台，它对无人值守小功率、灵活覆盖和未来的DRM应用都将做出积极的贡献。 地网 边界条件 谐振 “Q”增益 传统中波发射天线的弊端 占地面积和占据空间巨大 中波广播发射台目前普遍使用的是传统的铁塔+地网的天线系统。拉线式或自立式铁塔的高度从六、七十米到一百六七十米不等，铁塔的周围敷设有半径跟铁塔高度相当的地网。地网的面积可有几十亩到一百多亩。…… 这是一个典型的恶性循环； 天线参数受气候和植被变化的影响稳定性差 为了减少土地浪费、便于耕作，地网的上面都覆盖50公分到一米厚的土层，加上铁塔地网系统占据的空间巨大，一年四季不同的降水、不同的植被都会导致天线参数的改变，甚至达到影响正常、安全播出的程度。这一点在北方地区尤为突出。据反映，内蒙古呼伦贝尔草原地区降水和植被的季节变化对天线参数的影响就很明显。而锡林浩特每年有四个月经常因沙尘暴袭击导致天线反射增大使发射机保护关机造成停播事故。1/4波长的铁塔会跟自己的影像一起构成一付半波偶极子，这样就可以像自由空间中的半波振子一样来分析和计算中波天线了。可是，早期人们忽略了一个问题是：天线理论中的镜象原理是源自几何光学，这里镜像原理的前提是理想的镜面—不仅面积要无限大而且电导率无限大，最起码也要满足镜面和被反射物体的尺寸远大于波长才行。这个前提在微波和分米波段（镜面尺寸是波长的百十倍）还可以近似地应用，而在波长达到几百米（187-565m）的中波波段，地网的尺寸比波长还要小，镜像原理的前提就不成立了，很显然，地网并不能起到构成镜像的作用，偶极子也就无从谈起了。这也就是中波天线的设计计算误差很大，要依赖于经验公式、曲线和实际测量才能完成的原因。这种“地网镜面”的非理想性和不稳定性就导致天线参数的不稳定。 图（1） 地网参数改变的影响 （在假负载上测发射机频响正常，便可用频谱仪在峰值保持档测实播节目频谱图，可借以发现天线频率特性的问题。右上图b反映带宽变窄；左下、右下图c.d反映中心频率偏移；左上图a刚调好尚未变化。） 图（2） 地网引入不稳定因素 另外，大家知道，中波接收机的天线是不需要地网的。那末，根据收发互易原理，发射天线也并不是必需地网不可。“中波天线离不开地网”的顾虑也就可以消除了。 3、 塔体、拉线和地网的维护、更换十分麻烦。 终上所述，传统中波天线只是一种实用的天线，但又是原始的天线。中波天线的进步不仅是可能的，而且是必须的！由于它一直是制约中波广播发展的首要因素，国内外广播界从来就没有放弃中波天线小型化的努力，而取消地网又是小天线研发的主要目标之一。 二、双锥小天线的开发思路 天线的作用是把经传输线送来的发射机的能量高效率地辐射到空间中去。要达到这个目的，必须实现两个匹配：一个是传输线跟辐射器之间的匹配，这是一个网络原理和应用技巧的问题，很容易解决；另一个是辐射器跟空间的匹配，这是天线设计要解决的核心问题。中波小天线的开发，首先要考虑的是辐射器的形状和结构，即在取消地网和大幅度减小尺寸的前提下，什麽样式的辐射器能取得最好的空间匹配效果。（众所周知，单纯降低高度是难以达到目的的，因为1/8波长的振子电阻只有6欧姆，效率极低。） 理论上跟空间匹配最理想的辐射器是一定锥角的无限长双锥辐射器，它的输入阻抗可以等于自由空间的波阻抗。 它是非谐振的、低Q的、宽带的。无限长的双锥辐射器意味着它跟空间是没有边界的，或者说是融为一体的。但是，无限长是不存在的。我们只能做成有限长度的双锥，而有限长则是有边界的。这个边界到空间有一个突变，突变便造成反射－不匹配，这是一个自然规律。把突变改造成过渡状态的渐变或缓变，借以改善边界条件，就会减小反射、改进匹配。换句话说，不同结构和形状的边界效应是不一样的，我们选择90度锥角、小尺寸、网翅结构的双锥，做到了反射最小、阻抗适当而容易匹配，并且用实验验证了这一点。 图(3) 无限长双锥比单锥输入阻抗大一倍 加感法减小尺寸 经典的有限长双锥尺寸仍然是1/4-1/2波长。必须把尺寸降低到波长的1/10以下对于小型化来说才有实际意义。 图（4）经典双锥尺寸仍然很大 用常规的方法—加感法引入集中参数可以使超短波天线的尺寸缩小到波长的1/20—1/15，从而让移动电话手机小到可置于掌心之中。这个方法当然也适用于中波波段！ 传统的λ/2或λ/4中波铁塔天线，其尺寸可以跟波长相比拟，影响其辐射效率的主要因素是尺寸（效率跟尺寸密切相关）； 当减小尺寸到远小于波长(小两个数量级以上，即λ/100) 时，可近似地看作是一个点，其辐