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E2 · 发布于 2026年10月28日 · 由 The Ham Desk 编辑部撰写
定向天线的设计与建模
天线部分的最后一单元讲的是如何让方向图听你的话。它涵盖究竟什么在决定八木天线的增益、地面与邻近导体如何改变你设计出的数值，以及让你在爬塔之前就能预测性能的建模与测量思路。
- 频段 40 m
- 建议用时 19
- 难度 拔高
- 题 10
天线设计与传输线 — 波形叠加与辐射方向图
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什么在决定方向图
对八木天线而言，最重要的单一尺寸是横梁长度。增益大致随横梁的波长数增长，无论这段长度是由许多间距很近的振子填满，还是由较少但间距更大的振子填满。在短横梁上加第四、第五个振子，所换来的增益明显不如把同一根横梁加长——因为超过一定程度后，多出的引向器是在已有振子的场中工作，而不是增加新的口径。
振子间距就是随之而来的折中。加大引向器间距会降低馈电点阻抗、压缩带宽，最终产生旁瓣和参差不齐的方向图，而不是更高的前向增益。最优设计把引向器间距取在 0.15 至 0.25 波长之间，反射器稍靠后一些，并通过调整有源振子使馈电点出现合理的阻抗。
有源振子就是得到功率的那个振子；其余的是无源振子，它们把接收到的能量以一定的相位差再辐射出去，从而把能量引向前方。对数周期天线放弃了八木天线那种尖锐的谐振，换来很宽的频率覆盖，代价是同样横梁长度下增益更低——对于一根要服务多个频段的天线来说，这笔交易往往划算。
现实世界不是自由空间
垂直天线的方向图与馈电点阻抗取决于它下方的地面。真实地面反射并不完美，而反射波离开的角度决定了天线是偏向低仰角辐射（适合远距离）还是高仰角辐射（适合区域通信）。地网还提供了天线所缺的那一半：地网不佳时，损耗电阻会取代辐射电阻，天线也就成了加热器而不是辐射器。
邻近导体同样会改变设计。当两个振子彼此靠近时，其中一个的电流会在另一个上感应出电压，这一效应——互耦——会同时移动两者的阻抗。这就是为什么八木天线的振子必须在实际安装状态下调试而不是在测试台上，也是为什么金属横梁会改变穿过它的每一根振子的谐振长度。通常的修正办法是把每根振子略微加长以补偿横梁的影响，补偿量取决于横梁直径与振子直径之比。
同样的耦合解释了为什么天线组阵时必须取合适的波长间距，并通过等长馈线同相馈电。两天线靠得太近会强烈互作用，方向图长出多余的波瓣，合成阻抗也可能与设计预期不符。
建模、测量与接收天线
天线建模软件求解线结构上的电流，并给出方向图、增益与馈电点阻抗。它的价值在于让人在动工之前就能比较和调整设计；它的局限在于结果只与模型一样好：在理想地面上建模的天线，不会等同于立在郊区地块上的那一根；忽略了铁塔、馈线或屋顶的模型，会过于乐观。
史密斯圆图至今仍是匹配工作的标准图示。它把复阻抗平面画在一个圆内，使得任意电阻与电抗的组合成为一个点，而一段传输线则成为绕圆心的简单旋转。于是很容易看出需要多长的线才能把某个阻抗旋转到匹配网络够得着的位置。
接收天线有时优化的目标与发射天线正好相反。终端接电阻的贝弗利奇天线是一根贴近地面、指向目标区域的长线；它发射效率很低，但接收时很安静，具有平滑的单向方向图，相比本地噪声更偏向低仰角到达的信号。小型接收环形天线的平面两侧有很深的零点，转动它就能把零点对准本地噪声源，让微弱信号从干扰中浮现出来。
必须能说出定义的术语
| 术语 | 考官想听到的表述 |
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| 横梁长度 | 最直接决定八木天线前向增益的尺寸，以波长计。 |
| 无源振子 | 八木天线中不馈电的振子，以一定相位差再辐射从而引导方向图。 |
| 互耦 | 邻近振子之间的相互作用，使各自阻抗偏离孤立时的数值。 |
| 横梁修正 | 把八木振子加长，以补偿金属横梁穿过振子带来的影响。 |
| 终端贝弗利奇天线 | 加接终端电阻的长低架接收天线，以安静的低仰角方向图见长。 |
题目区 10 题
哪个尺寸最直接决定八木天线的前向增益？
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当八木天线的引向器间距远超最优值时会发生什么？
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与同样横梁长度的八木天线相比，对数周期天线的主要折中是什么？
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为什么八木振子必须在装上横梁之后进行调整？
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八木天线制作中的横梁修正是什么？
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垂直天线下方的地面如何影响其性能？
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在天线工作中史密斯圆图用来做什么？
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在低频段上，终端接电阻的贝弗利奇天线有什么优势？
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小型接收环形天线方向图中的零点有什么实际用途？
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为什么在理想地面上建立的天线模型可能产生误导？
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