双锥天线beta1.ppt

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1、双锥天线背景原理性能特点应用，设计双锥天线最早由谢昆诺夫提出并作为研究天线辐射特性的模型，由于具有良好的宽频带特性而得到了广泛的研究与应用。近年来，超宽带（Ultra-wideband）技术的兴起要求系统天线在很宽频带内辐射特性不变，在有关超宽带天线的文献中双锥天线是最受欢迎的天线形式之一。用简单的办法扩展电偶极子天线的带宽，其一是增加电偶极子的导线直径，其二是进一步扩展这一思路，用直径渐变的导线去替代电偶极子的辐射体，形成双锥结构，即本组研究的双锥天线，能大大扩展天线带宽。首先研究理想化的双圆锥天线，然后讨论

2、几种实用的变形天线。无限长双锥天线有限长双锥天线盘锥天线无限长双锥天线一金属导线与z轴之夹角为绕z轴旋转一周形成图1所示的无限长金属双圆锥。两个顶点之间的间距h为无限小，在顶点处双圆锥互相绝缘。用射频信号源接于两顶点之间，在金属圆锥面上产生电流，并向空间辐射电磁波。图1所示结构即无限长双圆锥天线。hHφθhzrJVEθ图1分析表明，该结构可以看成是无限长圆锥传输线，传输的主模是TEM球面波。空间中仅存在Hφ和Eθ两个场分量。由可得(1)(2)由式（1）看到双锥可视为球面波的波导，把磁场写成如下形式把式(4)代入

3、式(2)得到式(5)就是，满足，所以是TEM模。(3)(4)(5)场分量随θ的变化为因此归一化辐射方向函数为方向图如图2所示θhzVF(θ)1图2.无限长双圆锥天线归一化方向图为了求解天线输入阻抗，首先必须确定端电压和端电流。参见图1，电压等于Eθ沿着r=常数的路径积分(7)磁场在导体表面的边界条件为，于是由式（7）和式（8）得到任意r处的圆锥传输线特性阻抗为(8)(9)可以看到Z0与径向坐标r无关，因此，Z0也是馈电点r=0的阻抗，即天线输入阻抗。式(9)是一个实数，与频率无关，所以理想情况的无限长双圆锥天线

4、是一种超宽带天线。无限长双锥结构的特性阻抗随锥体半张角的变化如图示。半张角愈大，特性阻抗愈小。张角约67º时，其输入阻抗约50Ω实际应用中的双锥天线不可能是无限长的，有限长双锥天线如右图所示。天线包含于半径为h的假象球体中，TEM主模与双锥末端产生的高次模同时存在。天线电抗主要是由高次模引起的。此外，双锥末端还存在电流的反射波从而导致驻波，这便导致了输入阻抗的复杂变化。有限长双圆锥天线设法增大上图中的半顶角，可望降低输入阻抗的电抗部分，并且会使带宽增加。同时使得输入阻抗的实部对于频率的变化不敏感。对天线设计者来

5、说，锥体的终端是如何设计是富于挑战性的。一种办法就是使得它的长度相对于工作波长相对长，D.McNamara和他的同时发现直径为一个波长、的双锥在6:1的宽带范围内有良好的匹配。结构如图：盘锥天线若有限长的双锥天线的一个锥用盘状导电平板代替，则有限长双锥天线就变成了盘锥天线，如右图。显然，盘锥天线是在双锥天线的基础上发展而来的。它像垂直振子天线那样辐射垂直极化波，并且是在水平面内辐射均匀的全向天线。盘锥天线在相当宽的频率范围内提供令人满意的方向图和阻抗特性，例如可以在5：1的频率范围内保持驻波比VSWR≤1.5在

6、方向图参数满足常规要求的前提下，可以设计出具有宽带阻抗特性的盘锥天线，标称值是50Ω。相对于中心波长λ，典型的尺寸是例如，中心频率为1GHz（λ=30cm）的盘锥天线，方向图如下图所示。这时其尺寸分别为从图中可以看到其带宽达3：1。在低频段，无线尺寸相对于波长较小，其方向图与短振子天线相差不大（见图3-17a）。随着频率的增加，导电圆盘的电尺寸增大，辐射被较多的限制在下半空间（见图3-17b）。当频率再增大，天线的性能便接近无限长双锥的性能。例如，当频率是1500MHz，方向图（图3-17c）非常接近于图1中无

7、限长双锥之一对辐射的贡献。导电圆盘的尺寸对方向图的影响很大：尺寸太大，将使上半空间的场强减弱，这与圆盘上的单极子天线类似；尺寸太小，趋向于破坏天线的宽频带特性。盘与锥之间的距离δ对方向图无显著影响，可以依据频率而定。THEEND！