天线第九讲-天线的宽带化技术20160328

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1、天线Antennas第9讲振子天线的宽带化褚庆昕华南理工大学电子与信息学院天线与射频技术研究所qxchu@scut.edu.cnResearchInstituteofAntennas&RFTechniquesSchoolofElectronic&InformationEngineering第9讲内容引言笼形振子套筒天线枝节加载振子非频变天线原理锥形天线对数周期天线小型平面超宽带天线SouthChinaUniversityofTechnologyResearchInstituteofAntennas&R

2、FTechniquesSchoolofElectronic&InformationEngineering9.1引言在很多应用中，天线必须工作在一个宽的频率范围内，即，在一个宽的频率范围内，天线的电路参数和辐射参数满足指标要求。衡量带宽的方法有两种：相对带宽ffULB100%pfC高低频率比fUBrfLSouthChinaUniversityofTechnology式中，fU、fL和fc分别为天线工作的最高、最低和中心频率。ResearchInstituteofAntennas&RFTechniques

3、SchoolofElectronic&InformationEngineering对宽带或窄带没有严格的定义，只是相对而言。通常认为窄带：B10%p宽带：B20%或B1.5pr超宽带Bp40%增加振子天线带宽的基本方法：粗导体锥形结构加载技术SouthChinaUniversityofTechnology多模或多谐振结构ResearchInstituteofAntennas&RFTechniquesSchoolofElectronic&InformationEngineering9.2笼形振

4、子谐振天线具有较小的带宽，如非常细导体（L/2a=2500）的半波振子的带宽为8%。随着半径增大，半波振子的输入阻抗实部变小，且随频率变化而变缓，因此，增加导体直径可以提高半波振子的带宽，例如，当L/2a=50时，带宽可以提高为16%。随着半径增大，振子上电流分布变化不大，因此，对称振子的方向图变化不大，自然，增益变化也不会大。SouthChinaUniversityofTechnologyResearchInstituteofAntennas&RFTechniquesSchoolofElectronic&In

5、formationEngineering01501033030012530060R=1mm-10R=1mm100R=4mmH面R=7mm-20E面(Ω)R=10mmR=4mm75-3027090H面E面Gain(dBi)R=7mm-2050H面输入阻抗实部E面-10240120R=10mm25H面0E面2101500101.52.02.53.0180Frequency(GHz)半波振子方向图随输入阻抗实部随半径R变化情况半径变化情况SouthChinaUniversityofTechnologyResearchIns

6、tituteofAntennas&RFTechniquesSchoolofElectronic&InformationEngineering然而，单纯用粗导体实现天线，对于大型天线是不现实的。常用的方法是笼形天线（Cageantenna），即粗导体用导线构成的金属笼替代，不仅有效地增加了振子的等效直径，也减轻了天线的重量，减少了风阻，节约了材料。由于直径很大，笼形振子的两端会有很大的端电容，为此，可以把笼形两端做成锥形，既便于输入端与馈线的良好匹配，也减小了开路端的电容效应。SouthChinaUniversit

7、yofTechnologyResearchInstituteofAntennas&RFTechniquesSchoolofElectronic&InformationEngineering笼形天线照片SouthChinaUniversityofTechnologyResearchInstituteofAntennas&RFTechniquesSchoolofElectronic&InformationEngineering9.3套筒振子对对称振子或单极子附加套筒可将带宽增加到超过1个倍频程。套筒单极子套筒天线（S

8、leeveantenna）由同轴馈电，套筒外壁起辐射作用，内壁作为同轴馈线的外导体。套筒的长度原则上可以是整个单极子长度的任何一部分：从零（无套筒）到套筒构成天线的整个辐射部分。实际上套筒通常约为1/3至1/2单极子高度。SouthChinaUniversityofTechnologyResearchInstituteofAntennas&