原创 圆环天线的最大接收方向辩异

按《无线电》1992 年第一期<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />王国强先生的“圆环天线的特点与应用”制作下图

天线一副，频率按VHFh全波段核算。经试用，在文中指定的最佳接收方向上几乎没有接受能力。天线的增益和方向性都不好，遂对该文的正确性产生质疑。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

根据圆环天线的周长L相对于波长λ的大小，分为大环（L≥λ），中等环（λ/4≤L＜λ）和电小环（L＜λ/4）。

查阅刘克成、宋学诚二位先生所著《天线原理》，第三章、接收天线，第五节、环天线，用下图

分析圆环天线的方向性得式
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在这里显然θ=90°时上式有最大值，这时的最大接收方向在圆环的径向。另外收音机磁性天线的最佳接受方向在径向是大家所熟知的。

因此，电小环的最大接受方向在径向无疑。

按王先生的文章制作的圆环天线L=λ属于大环天线，大环天线的最佳接收方向是否在环的轴向呢？

用315M业余频点做无线传输实验时，用L =λ=1.05m的圆环天线做接收。在圆环天线的轴向仍然没有好地接收效果，且明显不如径向效果好。根据这个试验好像也不是。

同时查阅《无线电》多篇关于无线测向的文章，也可以确定大环天线的最大接收方向也在圆环的径向。

电视机上的UHF波段圆环天线也属于大环，因为在室内应用，由于电波在室内的反射，很难确定其最大接收方向。

再参考刘克成、宋学诚所著《天线原理》§6-4圆柱螺旋天线，第三小节轴向辐射天线的辐射场，对周长为λ的单个平面环在轴向的辐射叙述中。把环视为两个弯曲的半波振子，不同于王先生的等价。并推导出辐射场是圆极化的，偏离轴向的辐射场是椭圆极化的。

所以根据天线的互易定理，在轴向的接收信号也应是圆极化的。用来接收线极化波时有3dB损失，这样就几乎把王先生给出的3.5dB增益损失殆尽。而偏离轴向的辐射场是椭圆极化的，更接近于线极化，所以应更有利于线极化波的接收。

至此，似乎也可以确定大环天线线极化波的最大接收方向也应在圆环的径向。

所以该文除单独的圆环天线和双圆环天线的制作外，其它用作定向天线馈电振子的制作都不一定正确。

因为，在这里引向器和反射器起作用的方向正是圆环天线接收能力不好的方向，这样不但不会在这个方向上产生好的接收能力，还使原来圆环天线的方向图遭到有害的畸变，破坏了它的接收能力，当然不会有好的接收结果。

如果要用圆环天线做定向天线的馈电振子，应按下图

所示来制作。在这里天线的尺寸仍然按原文中“圆环天线等价于两个折合振子”来计算。这种做法我没有做过试验，有兴趣的读者不妨一试，但是比同样增益的引向天线的尺寸要大一些。

由此看来，虽然说圆环天线是一种性能不错的天线，特别是电小环在侧向和导航设备中被普遍应用，但并不太适合做定向天线的馈电振子。做双向接收倒是非常好的选择，其增益高于折合振子。

还有一个细节问题：折合振子、更确切的说折合振子的两条振子所确定的平面，应该水平放置呢？还是应该垂直放置？在我所能看到的资料上都交代得不太清楚，所绘插图也都是怎么看怎么像。

如果按照这些资料上的推导过程，应该是垂直放置，观察很多应用中的天线也都是这样做的，效果都不错。如果水平放置，因为折合振子的两条振子和波源的距离不同，接收到的电波在相位上就会有一些误差，不会完全同相，效果会有所降低。出于同样的考虑，折合振子的中心应与引向器和反射器在一个平面上并互相平行才好。我发现有一些天线不是严格这样做的。

但是，如果把折合振子和圆环天线相对比，又有其相似之处，它们都有一个包围的区域面积。所以折合振子也可视为变形的圆环天线，因此它又应该水平放置才对，这样它仍然有一个变形圆环天线所产生的增益。我做过一个UHF波段天线，参数按UHF全波段选取，折合振子水平放置，效果也很好。所以究竟怎样放置最好，如果没有高分辨率的测试仪器，真的难以分辨。古人云：勿以善小而不为，毋以恶小而为之，有高分辨率测试仪器的不妨测试一下，以得到最佳效果。