發射模式

無線電波會以什麼方向從偶極子天線發射？
圖15展示了圖8(c)所示的1m長度偶極子天線周圍±5m電場範圍的計算結果。在此圖中，天線位於直立位置的中心。不考慮地板的反射情況。信號源的輸出阻抗為0Ω。隨著色彩從藍色變為紅色，電場變得更強。

圖15(a)是頻率為30MHz的情形。在相對較低的頻率範圍內
，電場集中在天線周圍且看起來像朝著頂端和底端擴散。形狀不同於如圖6所示的基本模式的原因是主要觀察的是近場（稍後講述）。
圖15(b)是1/2波長諧振的情形。隨著頻率升高，電場開始橫向擴散
，隨後在諧振頻率處大範圍擴散。這個頻率範圍相對更接近如圖6所示的基本模式。
圖15(c)是3/2波長諧振的情形。可以發現發射分成6個方向。隨著頻率升高
，發射傾向於分成這些方向。



同樣地
，圖16展示了磁場的計算結果。（因為已經調節了色標

，所以電場和磁場在遠場具有相同的色彩）。
如(a)所示，低頻範圍中的電場和磁場形狀明顯不同。此外
，隨著電場和磁場在如圖(b)和(c)suoshidegaopinfanweineichaozheyuanlitianxiandefangxiangyidong，dianchanghecichangqiangduquyuyizhi。dianchanghecichangzhijiandefenbuchayiyubozukangyouguan，zhejianghuizaihouwenzhongjiangshu。

[page]偶極子天線的理論特性

如圖15和16所suo示shi，盡jin管guan可ke以yi使shi用yong電dian磁ci模mo擬ni裝zhuang置zhi來lai觀guan察cha如ru何he從cong偶ou極ji子zi天tian線xian發fa射she無wu線xian電dian波bo，但dan如ru果guo是shi簡jian單dan的de模mo型xing
，也ye可ke以yi根gen據ju電dian磁ci理li論lun來lai計ji算suan。本ben節jie中zhong隻zhi講jiang述shu最zui簡jian單dan的de結jie果guo。
如果隻考慮遠場，則從非常短的天線發射的無線電波可以用以下公式來表示。如圖6所示的基本發射模式是以這些公式為基礎的形狀。


此處的l，I和ω分別表示天線長度(m)
、電流(A)和角頻率(Hz)。波長λ與頻率成反比。從這些公式
，可以看出從相對小的偶極子天線發射出的無線電波具有以下特性。
(i)無線電波的強度與天線長度、電流和頻率成正比
，而與距離成反比。
(ii)無線電波已被極化。如圖所示的垂直位置中的天線在水平方向不產生任何電場（EΦ）。
(iii)最大發射的方向是圖中的橫向（θ=90°）。
這可以理解為當形成天線的線路長度縮短時，可以是相同的電流，也可以降低無線電波的發射。

環形天線

另一個基本天線是環形天線。環形天線是如圖3(c)suoshidianliuliuguohuanxingxianluerfashewuxiandianbodetianxian。leisiyuoujizitianxian，dangxianluduanshifashecairuo，dansuizhehuanxingxianlubianchangxingchenggengdademianjihou，fashejiuhuibianqiang。
圖18展示了從方形的環形天線發射的計算結果。計算條件與圖8中偶極子天線的計算條件相同。環路位於水平位置。
(a) 展示了每側最小20mm的情形。發射強度保持相對小。
(b) 展示了每側為100mm的情形。隨著發射強度增加，峰值開始出現在810MHz處。
(c) 展示了每側為0.5m的情形。發射峰值出現在最低170MHz以及近似整數倍的頻率處。發射強度在170MHz及以上頻率處幾乎是不變的。
如上所述，環形天線還展示了與偶極子天線類似的頻率特征。但區別是發射峰值出現在環形長度（一側長度的4倍）形成整數倍波長時的頻率左右處。


[page]環形天線的諧振頻率

(1) 輸入阻抗
圖19展示了根據圖18中的計算條件得出的輸入阻抗計算結果。
圖19(a)展(zhan)示(shi)了(le)輸(shu)入(ru)阻(zu)抗(kang)。類(lei)似(si)於(yu)偶(ou)極(ji)子(zi)天(tian)線(xian)

，這(zhe)可(ke)以(yi)理(li)解(jie)為(wei)阻(zu)抗(kang)在(zai)發(fa)射(she)強(qiang)度(du)高(gao)的(de)頻(pin)率(lv)處(chu)達(da)到(dao)局(ju)部(bu)最(zui)低(di)點(dian)。與(yu)偶(ou)極(ji)子(zi)天(tian)線(xian)一(yi)樣(yang)
，駐(zhu)波(bo)會(hui)在(zai)這(zhe)些(xie)頻(pin)率(lv)時(shi)出(chu)現(xian)於(yu)線(xian)路(lu)上(shang)並(bing)產(chan)生(sheng)諧(xie)振(zhen)。

(2) 電阻元件
圖19(b)展示了每側為100mm的(de)電(dian)阻(zu)元(yuan)件(jian)情(qing)形(xing)。類(lei)似(si)於(yu)偶(ou)極(ji)子(zi)天(tian)線(xian)的(de)情(qing)形(xing)
，阻(zu)抗(kang)和(he)電(dian)阻(zu)在(zai)阻(zu)抗(kang)的(de)局(ju)部(bu)最(zui)高(gao)點(dian)和(he)最(zui)低(di)點(dian)彼(bi)此(ci)匹(pi)配(pei)，這(zhe)可(ke)以(yi)理(li)解(jie)為(wei)天(tian)線(xian)會(hui)在(zai)此(ci)阻(zu)抗(kang)時(shi)出(chu)現(xian)諧(xie)振(zhen)。此(ci)外(wai)，類(lei)似(si)於(yu)偶(ou)極(ji)子(zi)天(tian)線(xian)的(de)情(qing)形(xing)，局(ju)部(bu)最(zui)高(gao)點(dian)因(yin)無(wu)法(fa)達(da)到(dao)與(yu)信(xin)號(hao)源(yuan)匹(pi)配(pei)的(de)阻(zu)抗(kang)而(er)不(bu)會(hui)出(chu)現(xian)發(fa)射(she)峰(feng)值(zhi)。


(3) 天線長度和諧振頻率
當環形長度為波長的整數倍時，會出現環形天線的局部最低點。因此發射強度高的頻率將是第一個頻率的整數倍。（由於偶極子天線涉及奇數倍
，所以環形天線的諧振頻率間隔看起來更窄）
環形天線的諧振頻率出現在稍高於正常頻率的頻率端，這由實際長度決定。例如，即使假設根據一個波長為750MHz，圖19(b)中的局部最低點也指示810MHz。（對於偶極子天線
，頻率會朝著低頻端偏移）[page]

環形天線周圍的電磁場

類似於上述偶極子天線，圖20展示了環形天線周圍電場和磁場的計算結果。如圖18(c)所示，以軸指向頁麵頂部和底部的方向放置一個邊長為0.5m的方形環形天線（因此，環形區域垂直於此頁麵）用於計算。
圖20(a)展示了30MHz相對低頻的電磁場。可以理解為強電磁場的區域僅限天線附近。而且，磁場的形狀不同於如圖6所示的基本模式。
圖20(b)展示了170MHz的電磁場，其中出現一個波長的諧振。這可以理解為圖中的結構會朝著頂端和底端發射。這種情形也不同於圖6中的基本模式。
圖20(c)展示了310MHz的電磁場，其中出現兩個波長的諧振。這種情況下，天線會朝著橫向發射，發射的形狀接近圖6中的基本模式。
因此需要意識到環形天線附近的電磁場可能不同於如圖6所示的基本模式。圖6的形狀，是在距離天線足夠遠，且該天線相對波長而言足夠小的情況下測得的。


環形天線的理論特性

類似於偶極子天線，如圖21所示根據電磁理論 [參考文獻 3] 還可以計算環形天線的基本發射特征。圖6中的基本模式以這些公式為基礎。


此處的S，I和ω分別表示環形麵積(m2)，電流(A)和角頻率(Hz)。波長λ與頻率成反比。從這些公式

，可以看出從相對小的環形天線發射出的無線電波具有以下特性。
(i)無線電波的強度與環形麵積、電流和頻率的平方成正比，而與距離成反比。
(ii)無線電波已被極化。如圖所示的水平位置中的天線在垂直方向不產生任何電場（Eθ）。
(iii)最大發射的方向是圖中的橫向（θ=90°）。
無線電波的強度由環形天線S的麵積決定
，與線路的長度沒有直接關係。如果以保持S較小的方式來設計線路
，則可以降低無線電波的發射。
如圖18suoshidejisuanjieguokanqilaifasheqiangduyupinlvdepingfangbuchengzhengbi。chuxianzhexiejieguodeyuanyinbaokuodianliuyouyutianxiandeshuruzukangmingxianbutongerbuwending，yijitianxianwufazaigaopinfanweineibeishiweifeichangxiaodehuanlu。[page]

近場和遠場

通常電場和磁場會隨著遠離天線而變弱。然後電場和磁場有多弱呢？
為了簡化這個現象，讓我們考慮100MHz的電流在短天線上均勻流動。圖22展示了以電磁理論為基礎的電場和磁場的計算結果。在此圖中，我們可以發現:
(i)偶極子天線附近區域內的電場較強
在此區域內，電場的衰減程度與距離的立方成正比，而磁場的衰減程度與距離的平方成正比
(ii)環形天線附近區域內的磁場較強
在此區域內，磁場的衰減程度與距離的立方成正比
，而電場的衰減程度與距離的平方成正比
(iii)對於這兩種類型的天線，在相對遠場內電場和磁場的衰減均與距離成正比。
這種情況下
，電場與磁場的比率為377Ω。
(iv)到區域(iii)的轉換距離大約為0.5m
這意味著區域(i)和(ii)對應於第4-2-6節中講述的近場，而區域(iii)對應於遠場。(iii)的遠場被認為是以波形發射無線電波。
(iv)的轉換距離會因頻率而不同，已知的轉換距離為λ/2π（100MHz時大約為0.5m）。
圖22中的圖表表示頻率固定為100MHz時的特定狀態，方便理解。通過將水平軸標準化為波長的距離，此圖表可適用於100MHzzhiwaideqitapinlv。jinchangneidedianchanghecichanghuisuizhejulimingxianjianruo。jiuzaoshengyizhieryan，youxiaodefangfashibaochijuli。danruguoshiduanjuli
，jiuxuyaopingbi，zheshiyinweidiancifashehenqiang。


波阻抗

在天線附近使用電磁屏蔽時
，屏蔽的效果會因波阻抗而有所差異。波阻抗是某個位置電場與磁場的比率。如圖22所示，由於偶極子天線附近的電場較強，所以波阻抗較高
，而環形天線附近的磁場較強，波阻抗就較低。
圖23展示了根據圖22的計算結果計算出的波阻抗。偶極子天線可能會在緊鄰處（不超過1cm）產生不低於10KΩ的高阻抗，而環形天線會在其緊鄰處產生不超過10Ω的低阻抗。但是對於這兩種天線
，當距離超過λ/2π（100MHz時為0.48m）時會轉換為遠場
，且波阻抗固定為377Ω。這個數值是由無線電波傳輸所在空間的介電常數和導磁率決定的。


[page]設計發射低噪聲的電子設備

(1) 縮短線路長度和縮小環形麵積
如上所述，無線電波的發射取決於天線的長度和環形麵積。這就是為什麼當減小線路長度時電子設備會不那麼容易發射無線電波。
即使無法縮短線路長度，如果減小導線形成的間隙，環形麵積也會變小，隨之減少發射。圖24展示了減小40cm導線形成的間隙麵積時發射的變化。由 此可見隨著形狀從(a)，(b)變化為(c)，可以減少更多的發射。此外

，大約在750MHz時發射峰值保持相對較高。在這個頻率上，往返線路形成傳輸 線，形成了1/2波長諧振電路，因此通過大電流。
(2) 諧振頻率上的噪聲可能保持不變
另外對於偶極子天線，如果如圖25suoshijianxiaozhediedaoxianzhijiandejianxi，jiukeyijianshaofashe。zheshiyinweijishixiezhenpinlvhedianliuzhibaochibubian，fushedianzuyehuijiangdi。leisiyuhuanxingtianxian，xiezhenpinlvshangdezaoshengkenengbaochibubian。weilexiaochuzhezhongxiezhen
，shiheshiyongxiayijiejiangshudedasunhaojingzaoyuanjian。



(3) 用低通濾波器降低噪聲
如圖24(c)和圖25(c)所示，由於強諧振而在諧振頻率上出現強噪聲發射時，使用LC低通濾波器可以偏移諧振頻率
，從而在另一個頻率上形成強噪聲。圖26展示了將電感器用作低通濾波器的示例。
圖26(a)與圖25(c)所示的計算結果相同。會在大約750MHz處看到強諧振。
圖26(b)展示了連接50nH線圈作為EMI靜噪濾波器抑製這種噪聲的情形。盡管第3章進行了詳細講述
，但線圈或旁路電容器用作低通濾波器可防 止噪聲被傳輸到天線。圖26(b)還展示了噪聲在750MHz處因低通濾波器的效果而出現下降。不過也會看到噪聲在430MHz處增大。因此需要 注意的是
，將靜噪元件隨意地連接到諧振電路可能會改變諧振狀態且增加噪聲。[page]

(4) 使用大損耗的EMI靜噪濾波器
為了避免這種故障，應該選用大損耗的EMI靜噪濾波器。圖26(c)展示了增加一個與線圈串聯的100Ω電dian阻zu器qi的de示shi例li。可ke以yi發fa現xian諧xie振zhen已yi經jing消xiao失shi，並bing且qie整zheng個ge頻pin率lv範fan圍wei內nei的de噪zao聲sheng發fa射she被bei降jiang低di。鐵tie氧yang體ti磁ci珠zhu是shi這zhe種zhong方fang式shi下xia同tong時shi具ju有you線xian圈quan和he電dian阻zu器qi特te征zheng的de其qi中zhong一yi個ge元yuan件jian。鐵tie氧yang體ti磁ci珠zhu在zai第di3章內詳細講述。


(5) 從屏蔽罩伸出的任何導線均用作單極天線
pingbiduiyizhizaoshengdekongjianchuandaoyouxiao。ruguokeyichedidifengbizhenggedianzishebei
，pingbijiuhuiyouxiaodigongzuo。danxuduodianzishebeihuiyouyigendaoxianchuanguopingbizhao，yongzuozaoshengdechurukou
，yincihuixueruopingbixiaoguo。
對於這種情況的天線模型
，穿過屏蔽罩的導線可以被視為用作地麵的屏蔽上方的單極天線。圖27(a)展zhan示shi了le這zhe種zhong情qing形xing的de模mo型xing圖tu。在zai這zhe個ge模mo型xing中zhong，伸shen出chu的de導dao線xian長chang度du越yue短duan，發fa射she的de噪zao聲sheng越yue小xiao。在zai定ding性xing地di分fen析xi實shi際ji電dian子zi設she備bei的de噪zao聲sheng抑yi製zhi時shi也ye能neng得de出chu這zhe個ge結jie論lun。

(6) 屏蔽罩用作偶極子天線
在此模型中，當導線如圖27(a)所示非常短時
，幾乎沒有噪聲發射。但是在實際的噪聲抑製中，即使導線隻有1cm，也可能會發出不可忽略的強噪聲。
這是因為屏蔽本身用作偶極子天線的另一個部件，如圖27(b)所(suo)示(shi)。這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)，發(fa)射(she)無(wu)線(xian)電(dian)波(bo)的(de)天(tian)線(xian)主(zhu)體(ti)部(bu)件(jian)不(bu)再(zai)是(shi)伸(shen)出(chu)的(de)導(dao)線(xian)，而(er)是(shi)屏(ping)蔽(bi)罩(zhao)本(ben)身(shen)。此(ci)時(shi)也(ye)可(ke)以(yi)認(ren)為(wei)因(yin)為(wei)屏(ping)蔽(bi)已(yi)經(jing)損(sun)壞(huai)，噪(zao)聲(sheng)被(bei)傳(chuan)導(dao)到(dao)屏(ping)蔽(bi)罩(zhao)。
這種情形下的天線功能會因屏蔽罩的尺寸和形狀而發生變化。諧振頻率可被認為是以偶極子天線（包括屏蔽的尺寸）的諧振頻率為基礎。圖7(c)展示了將此建模為偶極子天線時的計算結果。盡管峰值頻率與圖27(b)相同，但發現發射更強。

(7) 即使伸出的導線很短也要插入濾波器
如果包含噪聲的導線從屏蔽中伸出
，即使伸出的導線很短也要特別小心。建議在導線穿過屏蔽的位置處采用EMI靜噪濾波器。