垂直单极天线介绍

单极天线是发展自偶极天线的另一种简单的天线。顾名思义，单极天线是偶极天线的一半。单极天线总是和地平面一起使用。地平面起着电镜像的作用。图1是半波偶极天线与λ／4单极天线的对比。单极天线的镜像天线在地平面的下方，用虚线表示出来。单极天线的镜像形成了天线的"缺少的另一半"，使单极天线等价地变成一副偶极天线。通过这样的解释，你可以理解为什么有时把地平面称为镜像平面。

虽然在整章内容中，我们集中讨论了自由空间中的天线，但实际中的单极天线通常是相对于地面垂直地架设的。

图1 λ/2偶极天线与λ/4地网平衡系统，"缺失"的λ/4由良好（就是高传导率）地面镜像来提供。

这样的天线称为"垂直单极天线"或简称为"垂直天线"。实际中的垂直天线通常在辐射器与地系统之间馈电。地系统通常由一些平行导线做成，这些导线排列成辐射状，位于天线的底部。这些导线称为"辐条"。

"地平面"一词也用在使用"平衡系统"的λ/4垂直天线上。"平衡系统"是对提供另一半天线的地平面的另一种叫法。有地平面的天线的平衡系统由4条安装在地面上方的λ/4辐条组成的。如图2所示。

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图2地网天线。能量加载在垂直辐射体底部与4根地网导线的中心。

λ/4单极天线的特性

在自由空间中，λ/4单极天线的方向特性与半波长偶极天线是一样的。λ/4单极天线在垂直于单极的平面上是全向的。

λ/4单极天线的电流分布是呈正弦变化的（和半波偶极天线一样），电流最大点为单极与地平面的连接处。而射频电压则在天线的开路（顶）端达到最大，在地平面处最小。带有"理想地平面"的垂直单极天线的λ/4谐振时其馈电点阻抗是半波偶极天线半波谐振时的阻抗的一半。在这里，理想地平面是一个无限大、无损耗的导体。

图3显示了用14号（#14）导线做成的50英尺长的带有理想地平面的垂直天线的馈电点阻抗。这个图覆盖了整个短波段。和半波偶极天线一样，这里选择50英尺为垂直辐射体的长度并没有什么特别之处，只不过是为了计算方便罢了。图4把在λ/4谐振点附近的阻抗关系展宽了，但此时长度按波长表示。注意这副天线在0.244λ处获得λ/4谐振，而不是刚好在0.25λ处。就和半波偶极天线一样，其谐振长度随导线的直径变化。

在提及底部在地面上或地面上方附近的垂直天线时，"高度"一词是很常用的。在这里，高度和半波偶极天线的"长度"的意思是一样的。在前面的内容中，高度经常指以自由空间波长（360°）为参照的电角度，但在这里高度是以自由空间波长为参照的长度。图4的长度范围是0.132λ0.300λ，相对应的频率范围是2.05.9 MHz .

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图3 一副理想50英尺高度＃14导线构成的地网垂直单极天线的频率与馈电点阻抗关系。沿着曲线标注的数字是以 MHz 为单位的频率值。该图表是在"良好"地面条件下计算所得的，实际地面损耗将会增加在一个实际天线系统的馈电点阻抗体现出来。

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图4 与图21相同天线的馈电点阻抗，但采用波长而不用频率作为变量，从0.132λ~0.300λ，涵盖了λ／4谐振上下的范围。

​和前面讨论过的水平架设中心馈电的偶极天线一样，垂直天线馈电点阻抗的电抗成分受长度直径比影响很大。图2和图3的曲线是在14号（#14）导线（长度直径比为大约800:1）的情况下得出的。和偶极天线一样，粗一点的天线在给定高度的情况下电抗成分小一些，细一点的天线则会大一些。

垂直单极天线的效率

垂直单极天线效率这一主题会在后面的文章中详细讨论，但值得注意的是架设在地面上方的真实的垂直天线的效率相对于半波偶极天线受地的影响十分严重。在没有很好的地系统的情况下，其效率很难超过50%，还可能要低得多，尤其是比λ/4还要短的单极天线。