天线与电波传播课件(第三章)宽带天线

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1、天线与电波传播第3章宽带天线3.1行波天线前面讲的振子型天线,其上电流为驻波分布,如对称振子的电流分布为Imjβh−jβzjβzI(z)=Isinβ(h-z)=e(e−e)(3-1-1)m2j式中,第一项表示从馈电点向导线末端传输的行波;第二项表示从末端反射回来的从导线末端向馈电点传输的行波;负号表示反射系数为1。　当终端不接负载时,来自激励源的电流将在终端全部被反射。这样,振幅相等、传输方向相反的两个行波叠加就形成了驻波。凡天线上电流分布为驻波的均称为驻波天线。驻波天线是双向辐射的,输入阻抗具有明显的谐振特性,因此,一般情况下工作频带较

2、窄。　天线与电波传播如果天线上电流分布是行波,则此天线称为行波天线。通常,行波天线是由导线末端接匹配负载来消除反射波而构成,如图3-1-1所示。最简单的有行波单导线天线、V形天线和菱形天线等,它们都具有较好的单向辐射特性、较高的增益及较宽的带宽,因此在短波、超短波波段都获得了广泛的应用。但由于部分能量被负载吸收,所以天线效率不高。　　1.行波单导线天线的方向图　若天线终端接匹配负载,则天线上电流为行波分布:I(z)=Iejβz(3-1-2)0忽略地面的影响,行波天线的辐射场为天线与电波传播rθI(z)匹配～负载l图3-1-1行波天线天线与

3、电波传播经积分得1−jβ[r+(1−cosθ)]j60πI0sinθ⎡βl⎤E=⋅⋅sin(1−cos)e2θ−⎢⎥(3-1-3)λr1cosθ⎣2⎦因而,单根行波单导线的方向函数为⎡βl⎤sinθsin⎢(1−cos)⎥⎣2⎦(3-1-4)F=θ−1cosθ由图3-1-2可见,行波天线是单方向辐射的,但其最大辐射方向随电长度l/λ的变化而变化,旁瓣电平较高且瓣数较多,与其它类型天线相比,相对其电尺寸而言增益是不高的。但这些不足可以利用排阵的方法来进行改善。　当天线较长时,行波天线的最大辐射方向可近似由下式确定:天线与电波传播90°5.9

4、50890°4.1632120°120°60°60°4.76073.12243.57052.081630°150°30°150°2.38031.04081.1902180°180°0°0°210°330°210°330°240°300°240°300°270°270°(a)(b)图3-1-2l=4λ和8λ时行波单导线方向图天线与电波传播因此,有λcosθ=1−m2l由上式可见,当l/λ较大,工作波长改变时,最大辐射方向θ变化不大。　m2.V形天线和菱形天线　用两根行波单导线可以组成V形天线。对于一定长度l/λ的行波单导线,适当选择张角2θ

5、,可以在张角的平分线方向上获得最大辐射,如图3-1-3所示。　由于l/λ较大时,工作波长改变而最大辐射方向θ变化不m大,因此V形天线具有较好的方向图宽频带特性和阻抗宽频带特性。由于其结构及架设特别简单,特别适应于短波移动式基站中。天线与电波传播l匹配负载R/2θlmθθmR/2l图3-1-3V形天线(l/λ=10,θ=15°)天线与电波传播目前,另一种被广泛应用于短波通信和广播、超短波散射通信的行波天线是由四根行波单导线连接成菱形的天线。它可以看成是由两个V形天线在开口端相连而成,其工作原理与V形天线相似。载有行波电流的四个臂长相等,它们

6、的辐射方向图完全相同,如图3-1-4所示。适当选择菱形的边长和顶角2θ,可在对角线方向获得最大辐射。天线与电波传播吸收电阻2θ馈电H合成方向图图3-1-4菱形天线及其平面方向图天线与电波传播3.2螺旋天线将导线绕制成螺旋形线圈而构成的天线称为螺旋天线。通常它带有金属接地板（或接地网栅）,由同轴线馈电,同轴线的内导体与螺旋线相接,外导体与接地板相连,其结构如图3-2-1所示。螺旋天线是常用的圆极化天线。　螺旋天线的参数有:螺旋直径d=2b;　螺距h;圈数N;每圈的长度c;螺距角Δ;　轴向长度L。　天线与电波传播dcL接地板同轴线图3-2-1

7、螺旋天线天线与电波传播这些几何参数之间的关系为c=h+(πd)222hΔ=arctan(3-2-1)πdL=Nh　　螺旋天线的辐射特性与螺旋的直径有密切关系:①d/λ＜0.18时,天线的最大辐射方向在与螺旋轴线垂直的平面内,称为法向模式,此时天线称为法向模式天线,如图3-2-2(a)所示。　天线与电波传播（a）(b)(c)图3-2-2螺旋天线的辐射特性与螺旋的直径的关系天线与电波传播②当d/λ≈0.25～0.46时,即螺旋天线一圈的长度c在一个波长左右的时候,天线的辐射方向在天线的轴线方向,此时天线称为轴向模式天线,如图3-2-2(b)所

8、示。　③当d/λ＞0.5时,天线的最大辐射方向偏离轴线分裂成两个方向,方向图呈圆锥形状,如图3-2-2(c)所示。　1.法向模螺旋天线　由于法向模螺旋天线的电尺寸较小,其辐射场可以等效为电基本