北大天线理论课件：第三章 典型线天线new

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1、第三章线天线线天线的尺寸都接近于工作波长的整数倍或半整数倍，也称谐振天线。由于其电特性对于频率的变化很敏感，因而大多为窄带天线。线天线形式有很多，本章主要介绍一些应用较为广泛的几种典型的线天线。§1.水平对称天线（HorizontalAntenna）1.1双极天线双极天线是水平架设的对称阵子天线，其结构简单，架设方便，易于维护，广泛用做短波天线，用于天波的传播。1.1.1双极天线的结构水平架设于地面上的双极天线，由对称双臂、支架和绝缘子构成，结构如下图所示。两臂与地面平行，由单根或多股金属导线构成，导线的直径一般

2、为。两臂之间由绝缘子固定，并通过绝缘子与支架相连，支架距离阵子两端。支架的金属拉线每隔小于的间距加入绝缘子，减小方向图失真。1.1.2双极天线的方向性下图为一架设于地面上的双极天线，架设高度为，天线臂长为。坐标原点到观察点射线的仰角（与地面夹角）为，与轴夹角，方位角。由图可以得到：则有：在分析水平天线的辐射场时，常将地面看成是理想导电地，地面对天线辐射性能的影响可用天线的负镜像来替代。双极天线的方向函数为对称阵子元函数和其负镜像阵函数的乘积，即为：根据上式，可以画出双极天线的立体方向图。固定天线架设高度，改变双极

3、天线的臂长得到的立体方向图见图3.2（1）；固定双极天线的臂长，改变天线的架设高度得到的方向图如图3.2（2）所示。双极天线的方向特性的分析：（1）垂直平面方向图垂直平面是指垂直于地面并通过天线最大辐射方向的平面，即图3.1中的平面。当时，双极天线的方向函数变成：将代入双极天线的方向函数，可得垂直平面的方向图如上图所示（）。垂直面方向图特点：a)阵元的方向图是圆，天线的方向图形状仅由地因子决定。b)只是的函数，与无关。改变架设高度可控制垂直平面的方向图。c)沿地面方向（）无辐射，双极天线不能用做地波通信。d)时，

4、最大辐射方向为，在范围内场强变化不大。适用于以内的天波通信。e)时，出现多个最大辐射方向，越高，波瓣数越多，靠近地面的第一波瓣越低。第一波瓣最大辐射仰角可由下式求出：得到：天线架设时，应使第一波瓣的最大仰角等于通信仰角。由通信仰角就可确定天线的架设高度，即：可见，通信距离越远，越小，要求架设高度越高。（1）水平平面方向图水平平面方向图是在辐射仰角一定的平面上，天线辐射场强随方位角的变化关系图。方向函数为：式中地因子与无关，当天线的仰角一定时，只影响合成场的大小，不影响方向图的形状，水平面内的方向图形状完全由元函数

5、决定。下图给出了及时，水平面方向图随仰角的变化。水平面方向图特点：a)与架设高度无关。b)与自由空间对称阵子相同，水平平面内方向图形状取决于。当时，最大辐射方向在方向；当时，在方向辐射很小或无辐射。一般取。c)仰角越大，方向性越弱。综合垂直面和水平面方向图特点，得到如下结论：A)控制，可控制水平面方向图；控制，可控制垂直面方向图。B)架设高度时，在高仰角方向辐射最强，可用作距离内的通信。C)远距离通信时，根据通信距离确定通信仰角，再由确定。D)臂长应取，确保方向辐射最强。1.1.2输入阻抗与方向系数理论计算天线输

6、入阻抗的方法一般误差较大，通常采用实际测量来确定天线的阻抗。双极天线的输入阻抗随频率变化关系曲线如图3.4所示。在图示的频带内，双极天线的输入阻抗对频率变化较为敏感，因此要使天线在宽频带内工作，必须在天线与馈线之间采取阻抗匹配措施。双极天线的方向系数可由下式求得：--最大辐射方向的方向函数--天线的辐射电阻图3.5给出了地面为理想导电平面、架设高度时，天线方向系数与臂长的关系曲线。1.2笼形天线（CageAntenna）双极天线的输入阻抗随频率变化较大，是一种窄频带天线。为了展宽带宽，可采用加粗天线阵子直径的办法

7、。通常将几根导线排成圆柱形组成阵子的两臂，这种天线称为笼形天线，结构如图3.5所示。笼形天线两臂通常由6~8根细导线构成，每根导线直径为3~5mm，笼形直径约为1~3m，特性阻抗为250~400Ω。笼形天线的输入阻抗在频段内变化较为平缓，工作带宽较宽。笼形天线两臂的直径较大，在输入端引入很大的端电容，使得天线与馈线的匹配变差。为减小馈电处的端电容，阵子的半径从距馈电点3~4m处逐渐缩小，至馈电处汇集在一起。天线的两端采取同样的方法以减小末端效应。如果组成笼形天线的导线有根，单根导线的半径为，笼形半径为，则笼形天线

8、的等效半径可由下式计算：笼形天线的方向性和天线尺寸的选择与双极天线相同。为展宽双极天线的带宽，也可将其双臂改成其它形式，构成笼形双锥天线、平面片形对称阵子天线等。§2.直立天线（VerticalAntenna）地面波通信，通常采用垂直极化波，使用垂直接地的直立天线（或称单极天线）。长波和中波波段，直立天线很长，需用支架架起，也可直接用铁塔做辐射体，称为铁塔天线或桅杆天线。