偶极天线是一种简单且也是无线网络设备、无线电和电信中最常用的天线类型。顾名思义，这种天线主要包括两个相同的导电元件，如棒或金属线。偶极子的一个常见例子是广播电视机上的电视天线。该天线的信号范围垂直为 75 度，水平为 360 度。有不同类型的偶极子天线，如半波、多半波、折叠和短偶极子天线。因此，本文讨论偶极子天线的一种类型，例如短偶极子天线。

什么是短偶极子天线？

由两个导体形成的偶极天线，其总长度远短于半波长，被称为短偶极天线。这种类型的天线包括两个背对背共线的导体，尽管它们之间有一点间隙用于馈线。该天线的一端开路，而另一端通过交流电源供电。该天线的频率范围为 3 KHz – 30 MHz。该天线最常用于低频接收器以及空间存在问题的情况，否则需要非谐振天线。该天线的对象仅支持极化场。短偶极子天线图如下所示。

短偶极子天线设计

这种天线设计主要取决于不同的因素，例如所需的频率、天线尺寸和所使用的传输线阻抗。为了设计这种天线，您必须计算元件的长度和元件之间的间距。元件之间的空间非常重要，并且由天线的首选阻抗决定。元件的长度可以通过操作频率来决定。对于这种天线，每个元件的长度相当于所广播的无线电波波长的一半。

这种天线的结构非常简单，只需一根比波长短的电线。在该天线的一端连接了电压源，而在另一端，通过端接线形成偶极子形状。

上图显示了长度为“L”的天线设计。天线引线的导线应低于波长 (λ) 的十分之一 (1/ 10)，如下所示。

L < λ/10

其中

“L”是短偶极子的导线长度。

“λ”是波长。

工作原理

短偶极子天线的工作原理是，一旦交流电遍布整个天线，就会产生电磁场，从天线向外发射。

天线极化可以定义为当能量从天线发射出去时天线产生电磁场的方式。因此，这些方向场决定了能量接收或离开天线的方向。短偶极天线极化是线性的。

耐辐射性

辐射电阻是天线的主要参数之一。这主要是决定整体馈电阻抗以及必要的匹配所必需的。该天线的辐射电阻可以计算为

Rr = 20(πL/λ)2

其中：

“Rr”是欧姆以内的辐射电阻。

“L”是天线元件长度。

“λ”是波长。

对于该天线，输入馈电阻抗包括电容、串联电感、欧姆电阻和辐射电阻等各种元素。因此，所有这些元素需要进行矢量合并以获得馈电阻抗。

该天线比半波长天线更短，并且在正常的半波长谐振频率下工作。因此，主要电抗元素将是容抗。因此天线的阻抗是很困难的，它包括电阻成分和容抗。与使用同轴馈线不同，在天线以及任何阻抗匹配电路之间使用平衡馈线很简单。

短偶极子天线的方向性

天线的方向性可以定义为特定方向上辐射方向图集中度的度量，以分贝表示。如果方向性越高，则通过天线辐射的波束越集中。向所有方向均匀辐射的天线则为全向天线，因此方向性将为 1 (0 dB)。

天线的方向性并不总是越好，例如，移动设备需要全向天线，因此它们需要低方向性或无方向性天线。高方向性天线用于永久性安装，如无线回程、卫星电视等，因为信息需要在特定方向长距离发送和接收。

短偶极子天线的方向性主要取决于场的分量。因此可以测量为 1.5 (1.76 dB)，这对于物理（或）非理论天线来说非常低。

辐射方向图

辐射方向图是通过天线辐射的能量的图形表示。辐射方向图描述了天线的能量如何辐射到太空中。短偶极天线的辐射方向图位于如下所示的全向方向图内。

短偶极子和无穷小偶极子天线的辐射方向图与半波偶极子相同。因此，如果偶极子呈垂直形状，则辐射图将呈圆形。在二维图案中观察时，辐射图案的形状是“八字形”。

短偶极子天线的有效性

短偶极子天线的有效性可以使用各种参数进行评估。以下是计算和评估短偶极子天线性能的一些常见措施：

辐射方向图：  辐射方向图可以使用专用设备进行实验测量或使用天线建模软件进行模拟。设计良好的短偶极子天线应表现出对称的辐射方向图，并在所需方向上具有均匀的覆盖范围。

增益：与理想的各向同性辐射器相比，天线增益测量特定方向上的辐射功率集中度。它通常以分贝 (dBi) 或相对增益表示。与其他天线类型（例如八木天线或贴片天线）相比，短偶极天线的增益通常较低。增益可以使用理论公式计算或通过实验测量。

方向性：方向性表示天线将辐射功率集中在特定方向的能力。它衡量天线将能量集中在特定方向的能力，不包括损耗。方向性与天线的辐射方向图密切相关。短偶极子天线的方向性可以使用基于天线尺寸和结构的公式来计算。

效率：效率表示天线将输入功率转换为辐射功率的能力。它考虑天线系统内的损耗，例如电阻损耗、介电损耗和失配损耗。短偶极子天线的效率可以计算为辐射功率与总输入功率的比率。通常，较短的偶极子天线与较长的天线相比效率较低。

阻抗匹配：阻抗匹配对于优化天线与传输线或射频电路之间的功率传输至关重要。阻抗匹配不良会导致明显的信号反射和信号强度损失。短偶极天线的阻抗可以根据其尺寸来计算，并与馈电传输线或系统的阻抗进行比较。

带宽：天线的带宽代表其有效运行的频率范围。它表明天线在一定频率范围内接收或发射信号而性能不会显着下降的能力。短偶极子天线的带宽与其物理尺寸和谐振特性有关。

驻波比 (SWR)： SWR 测量天线和传输线之间的阻抗匹配。它量化了由于阻抗不匹配而从天线反射回来的功率量。较低的 SWR 值表示更好的阻抗匹配和更低的功率损耗。SWR 可以使用 SWR 计进行测量，也可以根据阻抗测量进行计算。

这些参数提供了对短偶极子天线的有效性和性能的综合评估。然而，具体的计算方法可能会根据天线设计、工作频率和可用的测量设备而有所不同。为了进行精确计算，可能需要专门的天线分析软件或设备。

优点缺点

短偶极子天线的优点包括以下几点。

它的构造很简单。

这些产品有小尺寸可供选择。

它具有高电源效率。

这是一个非常简单的线天线。

它提供了获得平衡信号的好处

偶极子间隙的大小对天线的性能几乎没有影响。

一旦发射和接收信号，这些都是全向的。

短偶极天线的缺点包括以下几点。

它的辐射较小。

它具有高电阻损耗。

这些天线无法接收来自远处的信号

功耗高。

这些都没有效率。

它的辐射较小。

它的信噪比较低。

应用领域

短偶极子天线的应用包括以下内容。

这些天线用于窄带应用。

这些主要用于调谐器电路。

这些天线用于电力传输、无线通信或监视，波长范围从微米到数百公里。

在全半波偶极子天线非常大的特定应用中，使用它来代替全半波偶极子天线。

这种天线主要用于低频接收机。

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