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7 7-PAGE 10　通訊實習 7-PAGE 11 CHAPTER7 7 實習7　VHF天線特性的分析與量測　 7 Chapter 7 VHF天線特性的分析與量測 本章除了說明VHF天線的相關原理、與量測由線性元件所組成的操作使用說明之外，也將其應用領域範圍作詳細的介紹，有完整說明。本章的內容包括： 本章要點 7-1 目的 7-2 概論 7-3 設備需求 7-4 消耗性材料 7-5 基礎理論 7-6 實習步驟與問題討論  實習七 VHF天線特性的分析與量測 7-1目的 本實習旨在討論VHF天線的的工作原理以及量測由線性元件組合而成的各種天線接收器特性。 7-2概論 無線電通訊統的發射機與接收機均有天線，它擔任無線電信號發射與接收的主要元件。發射機天線是將系統待傳送的訊琥以電磁波的形式輻射至空間，而接收機天線則是截收空間的電磁波轉變成電壓信號進入接收機電子系統。天線有許多種類型，如何選擇，取決於系統的需求而定，通常有下列幾項的基本考慮(l).工作頻率，(2).發射的功率值，(3).方向性或增益，(4).天線位置的空間。天線的特性依通信的目的、內容、載波頻率、輻射功率之不同而有差異。通常天線的主要特性不外乎(l).指向性，(2).增益，(3).輻射阻抗，(4).損耗及效率，(5),頻寬，(6).束寬，(7)極化等。本實習除了研究上述天線的基本特性外，亦將以Feedback Instruments公司產品-VHF天線訓練系統ASD512量測不同組合的天線輻射場以及方向性、電場強度等特性，以印證天線的理論，加深了解天線的工作原理，促使理論與實際能相配合。 7-3設備需求 1.頻譜分析儀(Advantest R3361A) 2.VHF天線訓練系統套件(Feedback Instruments公司產品ASD512) 3.繪圖儀 4.BNC導線，其它相關接頭等附件。 7-4消耗性材料 1.A4影印紙 2.繪圖筆 3.部份電子零件 7.5 理論基礎 發射機天線檐任著將發射機系統的功率以電磁波的形式輻射至空間，而接收機天線的功能是截收空間的電磁波，將其轉換變成電壓傳導至適當的接收系統電路。由互易定理(Reciprocity Principle)，同一天線用作接收與發射時，二者的特性完全相同。天線依據需求而有多種不同的結構，如圖7-1所示，如須要高增益且指向性高的天線，則需用碟型天線(Parabolic Antenna)。簡早實用的天線當首推疊式八木天線(Folded Yagi Antenna)，其天線組合包括一根主動元件(Active Element)，一根反射器(Reflector)及多根導向器(Director)， 圖7.1 天線的各種不同的結構 如圖7-2所示，其主要特性為具有相當高的諧振輸出阻抗，良好的增益，簡單方便且價廉易於製造。 圖 7-2 簡單型的八木天線 天線輻射電磁波的原理大略說明如下，當一射頻信號經由線傳送至天線時，由於天線導體中電流之流動及其兩端分離正負電荷，可分別在其周圍空間建立相互垂直的磁場與電場，因產生該電場與磁場之電流與電荷相位差90。，故該電場與磁場的相位差亦為90。如圖7-3所示，當天線之電荷因輸入電壓之變化而正負交替變化時，必在某一瞬間，天線上經放電而無電荷存在，於是前此因天線充電所建立之靜電場及其電力線大部份 圖7-3 天線幅射電磁場的原理 趨於消失，惟部份離天線較遠的電力線，因受接近天線電力線的推斥作用，乃形成一獨立電場，而被迫以光速離天線而去，依橡Maxwell方程式之電磁場理論，一運動的電荷產生電流，安培定律證明因此產生一磁場而形成輻射電磁場，脫離天線輻射至空間。當一輻射電磁場切割一導線時，場中之部份能量，促使導線中之電子發生運動，此一電子流組合成隨該電磁場變化之電流，經由負載，形成接收電壓，此為接收天線切割電磁場的特性。 天線的特性依通信的目的、內容、頻率而不同，一般均以指向性、增益、頻寬、柬寬、極化、阻抗等表示之，由圖7.3及電磁理論得知,天線類型不但繁多，理論也複雜，本實習將著重於基本的桿狀天線為主,其中包括單極,雙極、八木陣列及其他各種陣列天線為主，探討的特性包括指向性、增益、輻射場型等。 l.指向性(Directivity) 天線在特定的指向有較其它方向為強的電磁輻射場特性，稱為該天線的指向性，其定義為輻射源的最大輻射強度與平均輻射強度之比: D==最大輻射強度/平均輻射強度 在包含天線主軸平面的幅射電場圖型(E-Field Pattern)稱為E平面場型,垂直天線主軸平面者稱為H平面場型。單極、雙極、八木陣列等天線,由場型的分佈可知垂直於天線方向的輻射功率最強，天線軸