第6章 地面反射的影響

第6章地面對天線特性的影響天線位于自由空間？實際上天線大多架設在地面上，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體。另外，為了改善天線的方向性，有時還特意增加金屬反射面或反射網(wǎng)，更可以看做是良導體。這樣的輻射系統(tǒng)所應滿足的邊界條件不同于天線位于自由空間時的情況。因而輻射場也就會發(fā)生變化。

嚴格地討論實際反射面對大線電性能的影響是一個很復雜的問題。當?shù)孛婊蚪饘俜瓷涿姹徽J為是無限大理想導電平面時，可以用鏡像法求解。一、引言二、無限大金屬導電平面上天線的輻射問題(幾何光學，鏡面成像)總場=輻射場＋反射場總場=原天線輻射場＋鏡像天線輻射場原天線與鏡像天線構成二元相似陣H實際天線輻射場輻射場反射場理想導電平面(a)分析模型HH實際天線鏡像天線實際天線輻射場鏡像天線輻射場D(b)鏡像分析模型一個電流元在無限大理想導電平面上的輻射場時，應滿足在該理想導電平面上的切向電場處處為零的邊界條件。為此，可在導電平面的另一側設置一鏡像電流元，該鏡像電流元的作用就是代替導電平面上的感應電流，使得真實電流元和鏡像電流元的合成場在理想導電平面上的切向值處處為零。

h=實際振子hh=實際振子鏡像振子第一節(jié)鏡像原理鏡像原理：求位于理想導電平面附近的天線所產(chǎn)生的場時，用天線的鏡像來代替理想導電平面對它的影響。鏡像天線距理想導電平面的垂直距離等于天線到該導電平面的距離。實質(zhì)：用集中的鏡像電流代替分布的感應面電流。h=實際振子hh=實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)鏡像原理線天線的鏡像(a)駐波單導線；(b)對稱振子水平線天線的鏡像一定為負鏡像；垂直對稱線天線的鏡像為正鏡像。至于垂直架設的駐波單導線，其鏡像的正負視單導線的長度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（負像）二元相似陣HH實際天線鏡像天線實際天線輻射場鏡像天線輻射場D(b)鏡像分析模型H實際天線輻射場輻射場反射場理想導電平面(a)分析模型總場=輻射場＋反射場總場=原天線輻射場＋鏡像天線輻射場原天線與鏡像天線構成二元相似陣一、無限大理想導電反射面對天線輻射特性的影響（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(實際天線為參考天線1，天線架設高度為H，r與地面的夾角為△)等幅反相二元陣HH實際天線鏡像天線實際天線輻射場鏡像天線輻射場D(b)鏡像分析模型12稱為水平架設振子的地面因子。結論：水平架設對稱振子的方向性與架設高度H有關。水平對稱振子的影響=0o90oH=0.25=0o90oH=0.6=0o90oH=0.5=0o90oH=水平架設在理想導電平面上的水平振子在水平方向無輻射最大輻射方向上的場強是自由空間中的2倍水平對稱振子的影響稱為垂直架設振子的地面因子。垂直對稱振子的影響H==0o=180o=90ol/=0.25垂直架設在理想導電平面上的振子在軸向無輻射最大輻射方向上的場強是自由空間中的2倍天線架得越高，陣因子的波瓣個數(shù)越多。沿導電（地面）平面方向，正鏡像始終是最大輻射，負鏡像始終是零輻射；負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，反之亦然正像負像負像最靠近導電平面的第一最大輻射方向（陣因子fa取最大之時對應的最小的△）天線的架高越大，第一個靠近導電平面的最大輻射方向所對應的波束仰角△越低計算架設在理想導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，大線陣的架高解此題可以用鏡像法分析，該二元陣的鏡像為負鏡像。取H平面為紙面，以天線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1與2都是沿x軸放置（水平放置）天線1與2沿著y軸方向擺陣天線1與2共同作為一個輻射器（天線元）稱為天線A（水平放置）天線A放置在地面上，考慮地面的影響（鏡像作用）天線A與其鏡像A’構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

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：求移動通信中的車載天線的方向性系數(shù)定義：單極天線——只有一個臂的對稱振子 單極接地天線——單極天線垂直架設在地面或金屬體表面，其下端面與激勵源的一個端子相連，而激勵源的另一端與地面或金屬體相連。l=~~l

利用對稱振子的方向性函數(shù)，得用仰角表示：=0o=180o=90o特點：最大輻射方向在水平面內(nèi)(l<0.7)水平面內(nèi)無方向性非理想導電平面對對稱振子的影響架設在實際地面上的對稱振子的輻射場和方向性圖hhr1r2EdEr由于實際地面存在損耗，因此，不能再用鏡像原理來分析。求解總場只能用直射波的場疊加反射波的場。直射波的場：反射波的場：其中，對于理想導電平面，振子水平架設時， 振子垂直架設時，非理想導電平面對對稱振子的影響

=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強減??；最大輻射方向與水平面成max角，max與波長，