第6章 地面反射的影響

第6章地面對(duì)天線(xiàn)特性的影響天線(xiàn)位于自由空間？實(shí)際上天線(xiàn)大多架設(shè)在地面上，而地面在電波頻率比較低、投射角比較小的情況下可以被看作良導(dǎo)體。另外，為了改善天線(xiàn)的方向性，有時(shí)還特意增加金屬反射面或反射網(wǎng)，更可以看做是良導(dǎo)體。這樣的輻射系統(tǒng)所應(yīng)滿(mǎn)足的邊界條件不同于天線(xiàn)位于自由空間時(shí)的情況。因而輻射場(chǎng)也就會(huì)發(fā)生變化。

嚴(yán)格地討論實(shí)際反射面對(duì)大線(xiàn)電性能的影響是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題。當(dāng)?shù)孛婊蚪饘俜瓷涿姹徽J(rèn)為是無(wú)限大理想導(dǎo)電平面時(shí)，可以用鏡像法求解。一、引言二、無(wú)限大金屬導(dǎo)電平面上天線(xiàn)的輻射問(wèn)題(幾何光學(xué)，鏡面成像)總場(chǎng)=輻射場(chǎng)＋反射場(chǎng)總場(chǎng)=原天線(xiàn)輻射場(chǎng)＋鏡像天線(xiàn)輻射場(chǎng)原天線(xiàn)與鏡像天線(xiàn)構(gòu)成二元相似陣H實(shí)際天線(xiàn)輻射場(chǎng)輻射場(chǎng)反射場(chǎng)理想導(dǎo)電平面(a)分析模型HH實(shí)際天線(xiàn)鏡像天線(xiàn)實(shí)際天線(xiàn)輻射場(chǎng)鏡像天線(xiàn)輻射場(chǎng)D(b)鏡像分析模型一個(gè)電流元在無(wú)限大理想導(dǎo)電平面上的輻射場(chǎng)時(shí)，應(yīng)滿(mǎn)足在該理想導(dǎo)電平面上的切向電場(chǎng)處處為零的邊界條件。為此，可在導(dǎo)電平面的另一側(cè)設(shè)置一鏡像電流元，該鏡像電流元的作用就是代替導(dǎo)電平面上的感應(yīng)電流，使得真實(shí)電流元和鏡像電流元的合成場(chǎng)在理想導(dǎo)電平面上的切向值處處為零。

h=實(shí)際振子hh=實(shí)際振子鏡像振子第一節(jié)鏡像原理鏡像原理：求位于理想導(dǎo)電平面附近的天線(xiàn)所產(chǎn)生的場(chǎng)時(shí)，用天線(xiàn)的鏡像來(lái)代替理想導(dǎo)電平面對(duì)它的影響。鏡像天線(xiàn)距理想導(dǎo)電平面的垂直距離等于天線(xiàn)到該導(dǎo)電平面的距離。實(shí)質(zhì)：用集中的鏡像電流代替分布的感應(yīng)面電流。h=實(shí)際振子hh=實(shí)際振子鏡像振子第一節(jié)鏡像原理鏡像電流的確定：hh=垂直振子鏡像電流：大小相等方向相同II’hh=水平振子鏡像電流：大小相等方向相反II’h1h1=傾斜振子鏡像電流：先分解后合成II’h2h2第一節(jié)鏡像原理線(xiàn)天線(xiàn)的鏡像(a)駐波單導(dǎo)線(xiàn)；(b)對(duì)稱(chēng)振子水平線(xiàn)天線(xiàn)的鏡像一定為負(fù)鏡像；垂直對(duì)稱(chēng)線(xiàn)天線(xiàn)的鏡像為正鏡像。至于垂直架設(shè)的駐波單導(dǎo)線(xiàn)，其鏡像的正負(fù)視單導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度l而定。鏡像法處理：等效為等幅同相（正像）二元相似陣或者等幅反相（負(fù)像）二元相似陣HH實(shí)際天線(xiàn)鏡像天線(xiàn)實(shí)際天線(xiàn)輻射場(chǎng)鏡像天線(xiàn)輻射場(chǎng)D(b)鏡像分析模型H實(shí)際天線(xiàn)輻射場(chǎng)輻射場(chǎng)反射場(chǎng)理想導(dǎo)電平面(a)分析模型總場(chǎng)=輻射場(chǎng)＋反射場(chǎng)總場(chǎng)=原天線(xiàn)輻射場(chǎng)＋鏡像天線(xiàn)輻射場(chǎng)原天線(xiàn)與鏡像天線(xiàn)構(gòu)成二元相似陣一、無(wú)限大理想導(dǎo)電反射面對(duì)天線(xiàn)輻射特性的影響（方向圖）鏡像法處理：等效為等幅同相二元陣或者等幅反相二元陣等幅同相二元陣(實(shí)際天線(xiàn)為參考天線(xiàn)1，天線(xiàn)架設(shè)高度為H，r與地面的夾角為△)等幅反相二元陣HH實(shí)際天線(xiàn)鏡像天線(xiàn)實(shí)際天線(xiàn)輻射場(chǎng)鏡像天線(xiàn)輻射場(chǎng)D(b)鏡像分析模型12稱(chēng)為水平架設(shè)振子的地面因子。結(jié)論：水平架設(shè)對(duì)稱(chēng)振子的方向性與架設(shè)高度H有關(guān)。水平對(duì)稱(chēng)振子的影響=0o90oH=0.25=0o90oH=0.6=0o90oH=0.5=0o90oH=水平架設(shè)在理想導(dǎo)電平面上的水平振子在水平方向無(wú)輻射最大輻射方向上的場(chǎng)強(qiáng)是自由空間中的2倍水平對(duì)稱(chēng)振子的影響稱(chēng)為垂直架設(shè)振子的地面因子。垂直對(duì)稱(chēng)振子的影響H==0o=180o=90ol/=0.25垂直架設(shè)在理想導(dǎo)電平面上的振子在軸向無(wú)輻射最大輻射方向上的場(chǎng)強(qiáng)是自由空間中的2倍天線(xiàn)架得越高，陣因子的波瓣個(gè)數(shù)越多。沿導(dǎo)電（地面）平面方向，正鏡像始終是最大輻射，負(fù)鏡像始終是零輻射；負(fù)鏡陣因子的零輻射方向和正鏡像陣因子的最大輻射方向互換位置，反之亦然正像負(fù)像負(fù)像最靠近導(dǎo)電平面的第一最大輻射方向（陣因子fa取最大之時(shí)對(duì)應(yīng)的最小的△）天線(xiàn)的架高越大，第一個(gè)靠近導(dǎo)電平面的最大輻射方向所對(duì)應(yīng)的波束仰角△越低計(jì)算架設(shè)在理想導(dǎo)電平面上的水平二元半波振子陣（如圖所示）的H平面方向圖。二元陣的間隔距離，大線(xiàn)陣的架高解此題可以用鏡像法分析，該二元陣的鏡像為負(fù)鏡像。取H平面為紙面，以天線(xiàn)1的電流I1為參考電流，則H平面的方向函數(shù)為陣元天線(xiàn)1與2都是沿x軸放置（水平放置）天線(xiàn)1與2沿著y軸方向擺陣天線(xiàn)1與2共同作為一個(gè)輻射器（天線(xiàn)元）稱(chēng)為天線(xiàn)A（水平放置）天線(xiàn)A放置在地面上，考慮地面的影響（鏡像作用）天線(xiàn)A與其鏡像A’構(gòu)成等幅反相二元相似陣（四元陣）H平面：yoz平面zyox解該二元陣的鏡像為負(fù)鏡像。以Im1為參考電流，則水平面的方向函數(shù)為

H面θ=90度時(shí)

水平二元陣因子為

水平地面因子為

水平面方向圖立體方向圖例：求移動(dòng)通信中的車(chē)載天線(xiàn)的方向性系數(shù)定義：?jiǎn)螛O天線(xiàn)——只有一個(gè)臂的對(duì)稱(chēng)振子 單極接地天線(xiàn)——單極天線(xiàn)垂直架設(shè)在地面或金屬體表面，其下端面與激勵(lì)源的一個(gè)端子相連，而激勵(lì)源的另一端與地面或金屬體相連。l=~~l

利用對(duì)稱(chēng)振子的方向性函數(shù)，得用仰角表示：=0o=180o=90o特點(diǎn)：最大輻射方向在水平面內(nèi)(l<0.7)水平面內(nèi)無(wú)方向性非理想導(dǎo)電平面對(duì)對(duì)稱(chēng)振子的影響架設(shè)在實(shí)際地面上的對(duì)稱(chēng)振子的輻射場(chǎng)和方向性圖hhr1r2EdEr由于實(shí)際地面存在損耗，因此，不能再用鏡像原理來(lái)分析。求解總場(chǎng)只能用直射波的場(chǎng)疊加反射波的場(chǎng)。直射波的場(chǎng)：反射波的場(chǎng)：其中，對(duì)于理想導(dǎo)電平面，振子水平架設(shè)時(shí)， 振子垂直架設(shè)時(shí)，非理想導(dǎo)電平面對(duì)對(duì)稱(chēng)振子的影響

=0o為零輻射方向，不再為零輻射方向，而為最小輻射方向；方向性圖變寬；最大輻射方向上的場(chǎng)強(qiáng)減小；最大輻射方向與水平面成max角，max與波長(zhǎng)，