多个中波广播发射天线间互耦对天线方向特性的影响分析

王日红

（作者单位：国家新闻出版广电总局五八二台）

多个中波广播发射天线间互耦对天线方向特性的影响分析

王日红

（作者单位：国家新闻出版广电总局五八二台）

摘 要：天线是通过发射电磁波传递信号的。天线发射的电磁波对周围天线造成影响是由于多个发射天线的距离足够小，发射天线间的耦合问题因此产生，天线的大小、排列方式、间距及地面状况等因素决定天线间耦合对天线的影响。本文针对中波广播发射天线间互耦问题，分析对天线方向特性的影响。

关键词：中波广播；发射天线；互耦；仿真；天线方向特性

在广播电台的调幅广播系统中，中波广播发射系统是不可或缺的一部分，而天线又是中波广播发射系统中的重要组成部分。由于中波广播发射天线的使用环境的特殊性，因此广播效果的好坏极其重要，并且在城市化进程不断推进的情况下，寸土寸金，如何给天线选择合适的位置极其重要。因此，天线间互耦问题的影响研究分析具有重要意义。

1 研究现状

随着城市化进程的不断推进，人们对生活质量要求越来越高，天线作为信息传递的重要工具，也随之越来越多，这与城市化提高土地利用率有了矛盾，如何合理选择天线的位置尤为重要。

2 天线的基本理论

2.1 天线的概述与分类

广播、电视、无线电通信、雷达、导航、电子对抗、遥感等工程系统，都是依靠天线来进行工作。天线的种类有很多，根据工作性质分为发射天线和接收天线两类；根据用途分为通信天线、广播天线、电视天线和雷达天线四类；根据波长分为长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线和微波天线五类。

2.2 天线的信号传递原理

天线辐射的是无线电波。天线是一种导行波与自由空间之间的转换器件。发射端的发射机的作用是把能量经馈电设备输入发射天线，发射天线的作用是将能量转换为电磁波向外辐射，另一端的接收天线的作用是接收辐射来的电磁波，接收天线再经馈电设备输出到接收机上，此过程完成信号的传递，如图1所示。图1 天线信号传递原理图

2.3 天线的参数

影响天线的性能有很多，通过天线的参数来反映天线性能的优劣。天线的主要参数有方向图、方向系数、增益、阻抗、带宽等。

2.3.1 方向图

方向图是指在与天线一定距离处，辐射场的相对场强随方向变化的图形，通常采用天线最大辐射方向上的两个相互垂直的平面方向图来表示。

2.3.2 波瓣宽度

方向图一般都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣成为主瓣，其余为旁瓣。主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低3dB的两点间的夹角定义为波瓣宽度。方向性、作用距离和抗干扰能力与波瓣宽度的大小成反比。

2.3.3 前后比

方向图中，前后瓣最大值的比值为前后比，前后比与天线的后向辐射成反比。

2.3.4 方向系数

方向系数是在天线最大辐射方向上某点的辐射功率流密度与理想的辐射功率流密度的比值。

2.3.5 增益

增益是天线最大辐射方向的方向图强度与参考方向图强度比值的对数。

2.3.6 阻抗

电波在天线系统内传输时，由于传输介质的变化，会遇到阻抗差异。

2.3.7 带宽

带宽指的是天线有效工作的频率范围，一般以其谐振频率为中心。

3 中波广播发射天线耦合对天线方向特性的影响

3.1 天线方向特性的影响

在多个天线共同作用时，对其中一个天线加馈电，其他天线依靠加馈电的天线的耦合来产生的感应电流来激励，其感应电流的大小取决于个振子的长度和间距，换句话说，调整各天线的长度和间距可以改变天线间的电流分配比例，进而控制天线的方向性。

如图2示，分析两个天线共同作用时的工作原理。

图2　两个天线共同作用时的工作原理

设天线A和B分别为有源和无源天线，两个天线均沿Y轴放置，沿Z轴排列，其中间距为d，设天线电流按照正弦分布，则其波腹表达式为

式中，m为振幅比；ξ为相位差。

由天线阵理论，得出这两个天线的辐射场为

根据耦合振子理论，得出两振子电流的振幅比和相位差计算公式为

利用感应电动势法可以计算出自阻抗和互阻抗，其中，互阻抗Z12=Z21的表达式为

自阻抗的表达式为

根据互阻抗和自阻抗表达式可知，互阻抗取决于天线尺寸和天线间距离而自阻抗只取决于天线的尺寸。合理调整振子的长度和间距得到不同的m和ξ值，从而得到不同的方向性。

3.2 不同频段天线间的间距对天线的影响

中波广播的频段范围为526.5~1606.5kHz，分为选取650kHz、900kHz、1100kHz、1400kHz共4个频率。研究分析4个不同频率的天线，在不同排列方式、不同间距的情况下天线方向的特性。

设λ=500 m，天线的高度分别为250 m、174 m、150 m和110 m，天线间距分别取0.25λ、0.5 λ、1 λ和1.5 λ，将排列方式为一字排列和四角排列分别建模，并进行仿真。

3.3 统计分析

研究分析4个不同频率的天线间互耦对天线方向特性的影响，得出下列表。

从表1可得，当排列方式为一字时，650 kHz在间距为1.5λ时，辐射差值最小为0.60dB，900kHz在间距为1λ时，辐射差值最小为2.10 dB，1100 kHz在

表1

间距为1.5λ时，辐射差值最小为2.62 dB，1400 kHz在间距为1.5λ时，辐射差值最小为5.70 dB；当排列方式为四角时，650 kHz在间距为1.5λ时，辐射差值最小为2.04 dB，900 kHz在间距为1.5λ时，辐射差值最小为2.88 dB，1100 kHz在间距为1.5λ时，辐射差值最小为3.81 dB，1400 kHz在间距为0.25 λ时，辐射差值最小为5.49 dB。

由此可知，天线一字排列比四角排列的互耦影响小；天线的间距与天线间互耦对天线方向特性的影响成反比。

4 结语

通过研究分析4个不同频率的天线，在不同排列和间距下，天线间互耦对天线方向特性的影响，得出天线的间距与天线间互耦对天线方向特性的影响成反比，并且天线的一字排列相对于四角排列的互耦影响小。

参考文献：

[1]李卉云.中波广播发射天线的原理[J].硅谷,2010,（5）.

[2]姚超军.互耦对小间距天线阵增益影响的研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学,2007.

作者简介：王日红（1974-），女，北京人，本科，工程师。研究方向：无线广播发送。