單極天線（例如地面安裝的四分之一波垂直天線）依賴于良好的接地系統(tǒng)來運(yùn)行。

流行的端饋電線也依賴于良好的接地系統(tǒng)才能正常運(yùn)行。事實(shí)上，任何使用接地作為天線一部分的天線系統(tǒng)，如果要以最佳狀態(tài)運(yùn)行，都需要一個(gè)良好的接地系統(tǒng)。

實(shí)際上，一個(gè)好的天線射頻接地系統(tǒng)應(yīng)該在目標(biāo)頻帶內(nèi)的無線電頻率上提供低阻抗。不僅直流電阻必須低，理想情況下，無線電頻率下的阻抗也應(yīng)該低得多。

單極天線與接地的操作

射頻接地系統(tǒng)是單極天線操作的一個(gè)組成部分。如果天線要正常工作，低阻抗接地系統(tǒng)是必不可少的。

射頻接地與單極天線的作用

由于地面系統(tǒng)實(shí)際上是天線系統(tǒng)的一部分，因此它需要盡可能好，才能使整個(gè)天線系統(tǒng)發(fā)揮最佳性能。

就單極子的操作而言，地面反射意味著在地面以下似乎存在天線上半部分的圖像——換句話說，就像垂直偶極子一樣。為此，接地平面似乎足夠大。

因此，具有完美導(dǎo)電和無限射頻接地的單極天線的輻射方向圖與偶極子方向圖的上半部分相同，其最大輻射在水平方向上垂直于天線。

由于該天線只能輻射到地平面以上，因此單極天線的增益將比等效偶極子高 3 dB。這假設(shè)沒有接地或接地?fù)p耗。在現(xiàn)實(shí)中，很難獲得無損的天線射頻接地系統(tǒng)，因此很難完全實(shí)現(xiàn)這種增益。

由于半波偶極子的輻射電阻為 73 歐姆，因此如果四分之一波單極子安裝在良好的接地平面上方，則其輻射電阻約為 36.8 歐姆。

然而，要做到這一點(diǎn)，天線射頻接地必須完全導(dǎo)電。這意味著需要極好的天線射頻接地。

射頻天線接地對輻射效率的影響

射頻接地系統(tǒng)的電阻會自然地將損耗引入整個(gè)天線系統(tǒng)。如果電阻很高，那么這將吸收提供給它的天線功率的很大一部分。

可以通過觀察天線射頻接地的電阻和天線的輻射電阻來確定天線系統(tǒng)的效率。

忽略天線線的電阻，對于大多數(shù)系統(tǒng)來說，電阻很低，可以忽略不計(jì)，發(fā)現(xiàn)天線的輻射效率為：

R = 天線的輻射電阻

Re= 接地連接電阻

如果天線射頻接地連接的電阻為100Ω，垂直天線的輻射電阻為36Ω（λ/4垂直的輻射電阻），則損耗為6dB。

如上圖所示，當(dāng)信號作為不良接地傳輸時(shí)，由不良天線射頻接地系統(tǒng)引起的功率損耗尤為重要，從而導(dǎo)致實(shí)際功率損耗。如果 50% 的功率在接地連接中被吸收，那么發(fā)射的信號將降低 3dB - 這是一個(gè)重要的數(shù)量，即使有高功率電平可用。

對于接收方面，它可能不那么重要。這種性質(zhì)的射頻接地往往用于中頻和高頻。在這里，接收器的靈敏度限制不是問題，而是通過天線接收到的大氣和其他噪聲水平。由于較差的接地或接地將導(dǎo)致所有信號的衰減相同，因此接收器增益不太可能在沒有任何明顯影響的情況下彌補(bǔ)損耗。

可能出現(xiàn)問題的地方是，如果使用的同軸饋線本身拾取不需要的噪聲，特別是本地產(chǎn)生的噪聲。它可以沿著同軸電纜的外部傳播并進(jìn)入接收器，從而對所需信號造成更大的干擾。

實(shí)用天線射頻接地系統(tǒng)

人們常說，埋在地下的礦石金屬越好。從廣義上講，這是真的，但只要有更多的規(guī)劃和洞察力，就可以更容易地安裝一個(gè)非常有效的天線射頻地面系統(tǒng)。也可以遵循一些提示和技巧，并確保天線射頻地面系統(tǒng)的運(yùn)行在任何給定位置都盡可能好。

安裝天線射頻接地系統(tǒng)時(shí)需要注意的幾點(diǎn)：

局部接地電導(dǎo)率：很明顯，給定區(qū)域的接地電導(dǎo)率越好，接地連接就越好。砂巖上的地區(qū)非常貧瘠。在砂巖基座上時(shí)，很難獲得足夠好的天線射頻地面系統(tǒng)。然而，潮濕甚至咸的地區(qū)為地面系統(tǒng)提供了更好的機(jī)會。

大導(dǎo)電表面積：安裝直流接地連接的傳統(tǒng)方法是將一根接地棒或幾根接地棒打入地面。

另一種或額外的方法可以是將廢棄或多余的金屬埋入地下。銅片或其他金屬片可以具有較大的表面積，可以與地面良好接觸。

兩種方法的組合可能適合采用，以提供與地面的最大接觸面積。

使用埋入徑向：通過掩埋從天線底部向外輻射的徑向天線，可以創(chuàng)建有效的射頻接地或接地系統(tǒng)。

下一節(jié)將討論單極天線地面系統(tǒng)的一些實(shí)際考慮因素。

實(shí)際上，將使用使天線射頻接地的所有方法的組合。通過采用所有技術(shù)，可以實(shí)施最佳的整體解決方案。

接收和傳輸

在開發(fā)良好的地面系統(tǒng)時(shí)，到目前為止，主要的好處是發(fā)射，而接收通常沒有什么好處。

在使用地面安裝垂直天線的較低頻率下，接收機(jī)噪聲的限制因素是接收到的靜態(tài)噪聲，而不是接收機(jī)前端噪聲。

這意味著，如果接地不太好，并且接收器的信號電平降低，則可以增加RF增益控制以適應(yīng)信號電平的損失，而不會對接收信號造成任何過度損害。

單極天線的理想接地系統(tǒng)

在規(guī)劃單極天線系統(tǒng)的使用時(shí)，明智的做法是規(guī)劃接地系統(tǒng)，并考慮許多實(shí)際因素。

重要的是要考慮該地區(qū)的接地電導(dǎo)率，因?yàn)槿绻妼?dǎo)率很差，那么天線就不太可能正常工作。

創(chuàng)建良好的地面系統(tǒng)有兩個(gè)主要要素。直流連接是通過埋入連接到有線接地連接的銅等粉制成的。

? 直流連接

執(zhí)行此操作時(shí)，請注意，通常用于電氣安裝的米或 3 英尺長的尖峰最多只能提供 20Ω 的接地電阻，而且可能更高：- 100Ω 或更高，具體取決于當(dāng)?shù)氐慕拥仉妼?dǎo)率。它需要大量的金屬和大的表面積來創(chuàng)造一個(gè)良好的地面。

一種安排是將幾根桿打入相距幾米的地面空間，并用粗壯的電纜連接，但保持主接地連接盡可能靠近天線的底部。當(dāng)使用這種方法時(shí)，接地阻力僅粗略地除以使用的棒的數(shù)量 - 由于接地本身的局部阻力，它將高于預(yù)期的。

用于電氣裝置的桿設(shè)計(jì)為被打入地面，它們有一個(gè)堅(jiān)硬的中心，通常是鋼等。這使它們具有剛性，可以錘擊到msot類型的地面上。

用于管道的銅管通常不夠堅(jiān)固，無法被打入地下，因?yàn)樗鼤澢堑孛娣浅Ｈ彳洝Ｈ欢梢月裨陬A(yù)先挖好的孔中，這樣，管道工作遺留下來的奇數(shù)長度的銅管就可以有效地使用。

? 埋入徑向

使用埋入徑向是用于接地連接射頻元件的另一種方法：這些方法使射頻電流能夠從天線基座擴(kuò)散開來。

這些是關(guān)于可能需要的徑向系統(tǒng)范圍的很多爭論。存在各種經(jīng)驗(yàn)法則，多年來，包括徑向天線越多越好的說法已經(jīng)為許多無線電愛好者和使用 HF 垂直天線的組織提供服務(wù)。

Les Moxon 建議的一種方法是埋設(shè) 50 到 100 根長度不超過 3λ/2 的電線。也有人說，徑向越多越好，短徑向比長徑向好。

一些人還指出，當(dāng)需要在特定方向上優(yōu)化輻射時(shí)，可以在該大方向上添加額外的和更長的徑向。

然而，很難評估這些系統(tǒng)可能產(chǎn)生的確切差異以及如何平衡可能需要的徑向數(shù)量。

短波和中波廣播電臺通常使用垂直天線，因此，各種組織進(jìn)行了大量研究來評估需要多少個(gè)徑向天線。

1937 年 6 月，John Stanley 在 QST 上發(fā)表了題為“地面系統(tǒng)作為天線效率的一個(gè)因素”的研究，另一項(xiàng)題為“垂直天線的最佳地面系統(tǒng)”的研究。

使用這些參考可以看出，由 120 個(gè)徑向組成的徑向系統(tǒng)，每個(gè)徑向系統(tǒng)長約 0.4 個(gè)波長，將提供幾乎完美的接地系統(tǒng)，為垂直 35Ω 的夸脫波提供饋電阻抗，并在低輻射角下提供 0dB 功率損耗。

16 個(gè) 0.1 波長的徑向饋電阻抗為 52Ω，功率損耗為 3dB，而 36 個(gè) 0.15 波長的徑向饋電阻抗為 43Ω，功率損耗為 1.5dB。

使用徑向時(shí)，可以將它們帶到靠近天線底部的公共節(jié)點(diǎn)或點(diǎn)。適合接地的電線，具有良好的表面積以適應(yīng)趨膚效應(yīng)，從而可以進(jìn)行良好的低阻抗連接。

理想的地面地形

為了使接地系統(tǒng)真正有效，接地電導(dǎo)率需要很高，以便電流可以很容易地流過接地本身。

沙質(zhì)土壤和地表下方有堅(jiān)實(shí)地面巖石的地形往往使地面導(dǎo)電性水平較差，因此地球或地面系統(tǒng)較差。

對于潮濕的土壤條件，接地電導(dǎo)率要好得多，因?yàn)樗殖洚?dāng)電解質(zhì)，使電流能夠流動(dòng)。

沼澤是理想的，因?yàn)樗鼈兛梢员Ａ羲⒈３至己玫膶?dǎo)電性。事實(shí)上，良好接地連接的最佳環(huán)境之一是鹽沼——鹽會增加電導(dǎo)率。

高導(dǎo)電性土壤將能夠與任何金屬建立良好的直流連接，并且還可以傳導(dǎo)來自埋地徑向的電流。

還發(fā)現(xiàn)，對于需要低輻射角的天線，陸地高度輕輕下降的地形效果最佳。這意味著鹽醪液從天線上輕輕脫落是理想的。但最不可能發(fā)生的是沼澤會排干！

提示和技巧

在為天線安裝射頻接地或接地系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)牢記幾個(gè)實(shí)用的想法。

如果這些措施得到實(shí)施，它們將有助于確保系統(tǒng)盡可能有效：

保持引線與接地連接本身盡可能短：從垂直天線的底部到接地系統(tǒng)開始生效的地方，總是需要一定的長度。但是，這應(yīng)該盡可能短，并且沒有留下額外的電線長度，“以防萬一需要移動(dòng)”。

保持有效接地系統(tǒng)的引線盡可能短，將最大限度地降低電感，并確保天線的基極保持在大地或大地電位。

使用粗多股線：即使在高頻下，親屬效應(yīng)也會發(fā)揮作用，因此大部分電流都靠近導(dǎo)線的皮膚。通過使用多股導(dǎo)線，可以將導(dǎo)線中的阻抗降至最低。

確保螺釘連接不會腐蝕：螺釘連接非常容易，通常有各種不同的金屬對不同的元件進(jìn)行腐蝕。它們應(yīng)該擰緊，并可能用一些密封劑覆蓋，以盡可能防止腐蝕。

在可能的情況下進(jìn)行焊點(diǎn)：焊點(diǎn)可以減少腐蝕對接頭的影響。在可能的情況下，可以焊接接頭，以確保持久的良好連接。

如果可能，選擇電導(dǎo)率最高的接地區(qū)域：雖然這通常不容易做到，但在某些情況下，可能值得研究接地或接地系統(tǒng)的最佳位置，因?yàn)榕紶柨赡軙幸恍┻x擇，盡管這將控制相關(guān)天線的位置。電導(dǎo)率較高的區(qū)域，例如潮濕區(qū)域或有潮濕咸味區(qū)域的地方是理想的。在大多數(shù)情況下，幾乎沒有回旋余地，但偶爾一個(gè)小小的改變可能會有所作為。

這些只是一些想法和技巧，可能有助于使任何天線射頻接地系統(tǒng)盡可能有效。

天線的接地系統(tǒng)，如地面安裝的垂直天線或其他形式的單極子，對于天線的成功至關(guān)重要。

了解如何使地面系統(tǒng)盡可能有效可以大大提高天線和整個(gè)發(fā)射站的性能 - 請記住，對于使用地面安裝垂直的低頻，接收不太可能受到太大影響。

擁有有效的發(fā)射天線系統(tǒng)將能夠最大限度地提高性能，并在接地連接中耗散電偶功率。

審核編輯：黃飛