[科普中国]-电小环

环天线是将一根金属导体绕成一定的形状（如圆形、方形、三角形等），以导体的两端点作为馈电端的辐射结构。环天线可按电尺寸的大小进行分类。绕制环的导体长度远小于自由空间波长的称之为电小环天线；当绕制环的导体长度接近谐振尺寸（环周长接近波长。）时称之为电大环天线，它主要用作定向阵的单元，属谐振型天线。

若在天线的适当位置接入负载电阻，使导体上载行波电流，就可构成非谐振型环天线或加载环天线，它具有较宽的频带特性。电小环天线可以等效为由一对等值异号的磁荷所构成的一磁偶极子。设环面的法线方向取作球坐标系的极轴，环中心置于坐标原点。则其远场表达式为：

式中S为环的面积；N为环的匝数。

若电流环不在坐标平面，环中心也没有置于坐标原点上，则

环天线激励点的电压和电流通过环的输入阻抗联系起来，即，对于电小环而言，馈电点阻抗是由环外电感 的电抗、辐射电阻和导体内阻抗串联而成。

其等效电路如图所示。考虑到单圈环的自身分布电容和多圈环线匝之间的分布电容，有时在电小环天线等效电路的两端并联一个集中电容C来表示分布电容。

电小环天线的辐射电阻和圈数和面积乘积的平方成正比，即

导体内电阻实际就是导线的表面电阻，因此，单圈环的电阻值与长度等于环周长的直导线电阻相同，可用下式计算

式中， 为导线长度；b为导线半径；为导线的表面电阻；为导线的电导率。

由环半径为 ，导线半径为b，环间距为2c构成的N匝环天线，其总损耗阻抗可用下式计算：

式中，为邻近效应产生的欧姆电阻；为单位长度趋肤效应电阻，。单圈圆环的外电感为：。

对于长度为，线半径为b的密绕N匝单层环，其外电感为

式中，因子K称为Nagaoka常数。

由于小环的辐射电阻很低，其效率亦不高，因此通常用作接收天线。

设垂直极化波从 °方向传来，环芯的相对磁导率为，与小环交连的磁通为

在环上感应的电动势为

考虑到 ，则

当环为空气芯时， ，则

由上式可知，小环天线作接收天线和发射天线时其方向性一致。依据互易原理可知，这是必然的结果。通常环天线可直接用作接收机输入电路的调谐电感，这时接收机输入端得到的电压是环形天线感应电动势的Q倍。这里Q是调谐回路的品质因数。过去，小环天线主要应用在频率较低的波段作广播接收或测向天线。20世纪70年代以来，它广泛应用于VHF和UHF频率，不仅用作接收天线，也用作发射天线。