DEMA中波短天線的工作原理與性能指標介紹

一、概述

傳統天線（classical antennas）是根據赫茲（Hertz）定理的半波長共振理論來設計的。當應用在中波廣播頻段時，根據頻率其高度一般在60～150m左右。為保證輻射效果、提高輻射效率，還必須以天線桅桿或塔體為中心鋪設直徑約0.5λ的輻射狀地網。這都帶來一系列的問題：如有限土地資源的浪費、巨大建設費用的投入、日常維護費用的增加、對大中型城市市區的低耗均勻覆蓋、強電磁波的空間和環境污染、高架塔體的雷擊概率及塔體自身安全等。

因此有人一直在研究中波天線的小型化問題。但由于沒有突破單激勵諧振輻射的基礎理論和調配方法，多沒有得到理想的結果。這主要表現在調配帶寬窄、覆蓋范圍小、輻射效率差和承載功率低等四個方面。根本原因是短小天線的自身輻射電阻Rr太低，而不必要的電抗分量太大所致。有研究資料表明：當天線高度低于0.02λ時，SWR=2的頻帶寬度將小于1%，根本不能滿足全固態中波廣播發射機FO±9KHz，對所接負載SWR≤1.3的要求。

適當改變天線主輻射體的形狀（加粗成筒，加載成帽，稱E筒），并在主輻射體與地線板（稱GP板）之間插入一個大小適中、位置恰當的副輻射體（如圓盤，稱D盤），并同時對兩輻射體實施等功率、非諧振的雙激勵相移饋電，高度低于0.01λ的天線就能在中波廣播的任意頻點上與全固態中波廣播發射機實現良好的匹配，并有效地工作運行。我們給這種天線定名為：DEMA雙激勵中波短天線（Double Excitation Medium Wave Short Antenna）。

DEMA中波短天線性能介紹

DEMA有非常明顯的特點：

1. 體積小、占地少。

工作在中波廣播中心頻段的DEMA，其GP板面積為36m2，為傳統天線地網所需17672m2占地的2‰。

2. 高度低、安全好

此時E筒的高度為3m，約0.01λ，是傳統天線高度的4%。在這種高度下，天線被雷擊及倒塌的可能性大為減少。

3. 頻帶寬、工作穩

實際調配的數據表明，如此低矮短小的中波廣播發射天線在1000KHz±11KHz的頻帶范圍內其SWR小于1.2，這對于保證系統的穩定工作是大有好處的。

4. 感應弱、抑制強

盡管DEMA的工作頻帶很寬，但在同一天線發射場內它對其它天線，或其它天線對DEMA及不同DEMA相互之間的感應都非常小，這主要是由主輻射體的電長度短，近場區空間電磁場的體積小、高度低，須D盤、E筒同時實施等功率、非諧振、雙激勵相移饋電才能進行有效工作及特定的調配網絡同時具帶通濾波器功能，對帶外能量有很強的抑制特性所決定的。這就給在一個相對較小的區域范圍內架設多副DEMA并同時工作發射或在傳統的天線發射場內逐步增設DEMA提供了可能。

5. 消耗小、覆蓋勻

由于上述的特點，DEMA還可有效對解決大中型城市市區的低消耗均勻覆蓋及強電磁波的空間和環境污染問題。傳統天線受高度及鋪設地網需要大面積土地的限制只能在遠離城市中心的郊外設置，其輻射的電磁波能量也就只能從某一個方向進入城市市區，為完成對城市最遠點邊緣的覆蓋必須加大發射機的發射功率，這將造成巨額運行費用的長期投入，同時還會形成不必要的強電磁波的空間和環境污染問題。DEMA可在城市中心的任意樓層頂部架設，并用較小功率的發射機對其饋電即可達到較好的均勻覆蓋效果，對特大型城市及城市形狀分布特別的城市還可采用多點小功率同步廣播方式來實現理想覆蓋。如果實施中波廣播中小功率發射的無人值守，運行費用將進一步降低。

二、工作原理

該天線結構由主輻射筒E、副輻射盤D、接地板GP 三部分組成。

DEMA中波短天線性能介紹

當單獨對E筒實施諧振饋電時，E筒與GP板之間在產生垂直的曲面電場EE的同時還將產生水平的環狀磁場HE。此時的HE滯后于EE 90°，這是典型電基本振子近區感應場的相位特性。隨著電磁能量向周圍的擴散，由于傳輸路徑的不同及電場強度復矢量和磁場強度矢量相關分量作用的變化，EE和HE的相位會逐步趨近，直至在某一距離附近達到同相，并合成玻印廷矢量（Poyntingvector）形成輻射（部分電磁能量脫離功率源向無限遠處的空間行進），這一區域被稱之為交互作用區（interaction zone）。

實際上感應的電磁場隨著距離的增加其能量衰減是非常之快的，能夠到達交互作用區合成玻印廷矢量形成輻射的能量是非常之少的，特別是對于低矮短小的天線。同時磁場的路徑衰減速度比電場更快。這就是此類天線輻射效率低，調配帶寬窄的根本原因。

DEMA中波短天線性能介紹

如果對D盤、E筒同時實施等功率、非諧振和雙激勵相移饋電時，由于磁場HE與HD的疊加合成使交互作用區的距離向天線體靠近，從而實現相對高能量狀態下的玻印廷矢量合成（合成電場EC與合成磁場HC同相），并形成輻射。此時由于D盤和E筒的共同輻射，使兩個輻射電阻RD和RE同時加大，在保證工作帶寬的同時實現有效輻射，從而使高度低于0.01λDEMA的寬帶有效輻射成為現實。

DEMA中波短天線性能介紹

另外，加載于E筒之上的錐形帽還具有壓縮垂直方向的主瓣以提高地波輻射性能的作用。

其垂直場型與傳統λ/4振子天線的對比如下：

DEMA中波短天線性能介紹

水平場型同傳統λ/4振子天線，為無方向性的同心圓。

由于D盤與E筒共同作用形成的輻射使交互作用區向天線體靠攏，該天線與傳統λ/4振子天線的場強分布特性對比如下圖所示：

DEMA中波短天線性能介紹

從理論上講DEMA屬于非諧振天線的范疇，同時還具有盤、筒電壓較低的特點，而且其工作帶寬與天線尺寸的大小、高低無關，但大功率的寬帶移相器畢竟難以制作，因此在中波頻段低端的工作帶寬會比其高端有所降低，輻射效率也會低一些。所以要想在中波頻段低端取得較好的工作效果，DEMA的尺寸還是大一些為好，當然這對于提高允許饋電功率的容量也是有好處的。