第6章 地面反射的影响

第6章地面对天线特性的影响天线位于自由空间？实际上天线大多架设在地面上，而地面在电波频率比较低、投射角比较小的情况下可以被看作良导体。另外，为了改善天线的方向性，有时还特意增加金属反射面或反射网，更可以看做是良导体。这样的辐射系统所应满足的边界条件不同于天线位于自由空间时的情况。因而辐射场也就会发生变化。

严格地讨论实际反射面对大线电性能的影响是一个很复杂的问题。当地面或金属反射面被认为是无限大理想导电平面时，可以用镜像法求解。一、引言二、无限大金属导电平面上天线的辐射问题(几何光学，镜面成像)总场=辐射场＋反射场总场=原天线辐射场＋镜像天线辐射场原天线与镜像天线构成二元相似阵H实际天线辐射场辐射场反射场理想导电平面(a)分析模型HH实际天线镜像天线实际天线辐射场镜像天线辐射场D(b)镜像分析模型一个电流元在无限大理想导电平面上的辐射场时，应满足在该理想导电平面上的切向电场处处为零的边界条件。为此，可在导电平面的另一侧设置一镜像电流元，该镜像电流元的作用就是代替导电平面上的感应电流，使得真实电流元和镜像电流元的合成场在理想导电平面上的切向值处处为零。

h=实际振子hh=实际振子镜像振子第一节镜像原理镜像原理：求位于理想导电平面附近的天线所产生的场时，用天线的镜像来代替理想导电平面对它的影响。镜像天线距理想导电平面的垂直距离等于天线到该导电平面的距离。实质：用集中的镜像电流代替分布的感应面电流。h=实际振子hh=实际振子镜像振子第一节镜像原理镜像电流的确定：hh=垂直振子镜像电流：大小相等方向相同II’hh=水平振子镜像电流：大小相等方向相反II’h1h1=倾斜振子镜像电流：先分解后合成II’h2h2第一节镜像原理线天线的镜像(a)驻波单导线；(b)对称振子水平线天线的镜像一定为负镜像；垂直对称线天线的镜像为正镜像。至于垂直架设的驻波单导线，其镜像的正负视单导线的长度l而定。镜像法处理：等效为等幅同相（正像）二元相似阵或者等幅反相（负像）二元相似阵HH实际天线镜像天线实际天线辐射场镜像天线辐射场D(b)镜像分析模型H实际天线辐射场辐射场反射场理想导电平面(a)分析模型总场=辐射场＋反射场总场=原天线辐射场＋镜像天线辐射场原天线与镜像天线构成二元相似阵一、无限大理想导电反射面对天线辐射特性的影响（方向图）镜像法处理：等效为等幅同相二元阵或者等幅反相二元阵等幅同相二元阵(实际天线为参考天线1，天线架设高度为H，r与地面的夹角为△)等幅反相二元阵HH实际天线镜像天线实际天线辐射场镜像天线辐射场D(b)镜像分析模型12称为水平架设振子的地面因子。结论：水平架设对称振子的方向性与架设高度H有关。水平对称振子的影响=0o90oH=0.25=0o90oH=0.6=0o90oH=0.5=0o90oH=水平架设在理想导电平面上的水平振子在水平方向无辐射最大辐射方向上的场强是自由空间中的2倍水平对称振子的影响称为垂直架设振子的地面因子。垂直对称振子的影响H==0o=180o=90ol/=0.25垂直架设在理想导电平面上的振子在轴向无辐射最大辐射方向上的场强是自由空间中的2倍天线架得越高，阵因子的波瓣个数越多。沿导电（地面）平面方向，正镜像始终是最大辐射，负镜像始终是零辐射；负镜阵因子的零辐射方向和正镜像阵因子的最大辐射方向互换位置，反之亦然正像负像负像最靠近导电平面的第一最大辐射方向（阵因子fa取最大之时对应的最小的△）天线的架高越大，第一个靠近导电平面的最大辐射方向所对应的波束仰角△越低计算架设在理想导电平面上的水平二元半波振子阵（如图所示）的H平面方向图。二元阵的间隔距离，大线阵的架高解此题可以用镜像法分析，该二元阵的镜像为负镜像。取H平面为纸面，以天线1的电流I1为参考电流，则H平面的方向函数为阵元天线1与2都是沿x轴放置（水平放置）天线1与2沿着y轴方向摆阵天线1与2共同作为一个辐射器（天线元）称为天线A（水平放置）天线A放置在地面上，考虑地面的影响（镜像作用）天线A与其镜像A’构成等幅反相二元相似阵（四元阵）H平面：yoz平面zyox解该二元阵的镜像为负镜像。以Im1为参考电流，则水平面的方向函数为

H面θ=90度时

水平二元阵因子为

水平地面因子为

水平面方向图立体方向图例：求移动通信中的车载天线的方向性系数定义：单极天线——只有一个臂的对称振子 单极接地天线——单极天线垂直架设在地面或金属体表面，其下端面与激励源的一个端子相连，而激励源的另一端与地面或金属体相连。l=~~l

利用对称振子的方向性函数，得用仰角表示：=0o=180o=90o特点：最大辐射方向在水平面内(l<0.7)水平面内无方向性非理想导电平面对对称振子的影响架设在实际地面上的对称振子的辐射场和方向性图hhr1r2EdEr由于实际地面存在损耗，因此，不能再用镜像原理来分析。求解总场只能用直射波的场叠加反射波的场。直射波的场：反射波的场：其中，对于理想导电平面，振子水平架设时， 振子垂直架设时，非理想导电平面对对称振子的影响

=0o为零辐射方向，不再为零辐射方向，而为最小辐射方向；方向性图变宽；最大辐射方向上的场强减小；最大辐射方向与水平面成max角，max与波长，