辐射电阻

辐射电阻(radiation resistance)是一个天线的馈电点电阻(feedpoint resistance)的一部分。辐射电阻(radiation resistance)是由天线的电磁波的辐射而引起;与之相反的是,损耗电阻(loss resistance)通常会导致天线温度上升。辐射电阻(radiation resistance)和损耗电阻(loss resistance)加起来就是天线的电阻(electricalresistance)。

辐射电阻(radiation resistance)由天线的几何结构决定,而损耗电阻(loss resistance)主要取决于天线的材料。因损耗电阻(loss resistance)而产生的能量损失转换成热量;因辐射电阻(radiation resistance)而产生的能量损失转换成电磁波辐射。

辐射电阻(radiation resistance)也可以说是天线中的传导电子的辐射反应引起的。

它是一个等效电阻,当流过该电阻(Rr)的电流等于天线输入端电流时,它所消耗的功率就等于天线的辐射功率(Pr),即有如果I是流入天线的馈电点(feed)的电流,P是产生的电磁场的功率,那么两者的关系是P=I2R,即R=P/I2。R被称为等效电阻,也就是辐射电阻(radiation resistance)。

交变运动中按特殊方式分布的电荷电流系统产生电磁波辐射。一种典型的装置就是天线,天线是产生电磁波辐射的波源,所以天线辐射问题是电磁波辐射的基本问题。按结构形式的不同,天线可分为线式天线和面式天线两大类。线式天线可以看成由无限多个载有交变电流的基本小线元组成,即由电偶极子或磁偶极子组成。电偶极子是由两个相距一定距离,带等量异号电荷的导体球经由细导线相连而成的系统。

典型的业余无线电高频垂直天线一般安装在非理想地面放射线系统中。在调幅广播垂直天线阵列中使用20个埋在地下的放射状金属线。使用这些放射线的目的是为了使土地的电阻最小,从而提高天线效率。

在天线的近场范围内存在各种物体(包括地面)。所以,与近场有关的损耗会影响天线的增益、效率和定向性。近场范围内可能存在有意放置的物体、非有意放置的物体、能量吸收器、地面损耗(串联电阻)和/或者分流损耗(并联电阻)。

与远场有关的损耗会影响电波传播的损耗和反射,进而影响天线的增益和定向性;本质上,这两种影响是相叠加的。在近场和远场之间并没有明确的界限,但是一般情况下远场可以定义为磁场和电场的关系满足麦克斯韦闭合形式方程的区域(离天线数个波长)。

并联分流电阻对垂直天线在近场范围内产生损耗的影响要弱于串联地面损耗的影响。这些引起并联损耗的物体可以简单地被当作衰减器或者与地面相连的电阻器,如树、建筑物等。

对于希望对天线理论进行深入研究的人来说,该方程非常重要。指定天线的功率增益与无方向性天线的比值可以表示为该天线的等效面积(口径)和无方向性天线口径的比值。

口径原理非常简单:天线的面积越大(指向指定方向),对于固定的场强值来说收到的功率就越大,对于发射夭线来说则是在指定方向上可以聚集更多的能量。这可以和太阳能电池进行类比。电池的面积越大(太阳能电池越多),指向太阳的角度越好(垂直),则可以接收更多的能量。面积加倍则能量加倍当然,天线的口径并不是天线单元的实际物理面积。把反射板放在天线附近,形成一个二单元八木天线,则天线口径变大。如果把偶极子天线放在一棵树旁边,则口径会减小。

顶部加载可以提高辐射电阻这一结论已被完整的证明,根据这点可以提高垂直短天线的效率。实际上,适当的顶部加载可以实现平均电流与最大电流之比从50%提高到接近100%。

对于一个垂直夭线来说如果物理高度确定(也是大多数低频业余无线电天线的一个实际限制),设计的目标应该是使沿着垂直天线纵向的平均电流最大化(尤其针对非常短的天线)。EZNEC的一个特性是可以给出沿着天线单元的电流分布,这对垂直天线的建模及验证不同加载结构的效果非常适用。当你观察到电流的最大值接近天线的中心位置时,就知道已经接近最优值了。