第九章-典型线天线.pdf

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1、《天线原理》讲义郭景丽邹艳林第九章典型线天线9.1折合振子（Folded-dipole）折合振子是由两个平行的靠得较近的半波振子在末端连接起来所构成。如下图所示。它可看作是由一根长为λ/2的短路传输线在a、b两点处左右拉开形成。因此，在折合振子的两端a、b两点处为电流波节点，中间为波腹点，并且折合振子两线上的电流等幅同相。L==L图9.1折合振子示意图由于折合振子是两个平行且靠得很近的半波振子构成，对于远区场，两个对称振子间距很小，其波程引起的相位差可以忽略，因此，折合振子的辐射场相当于两个对称振子辐射场之和，其方向图形状与半

2、波振子方向图相同。折合振子输入阻抗的解析分析方法主要有两种，一是耦合振子理论方法，一是等效电路法。耦合振子理论方法：根据耦合振子理论，当两振子上的电流等幅同相时，天线的辐射阻抗为两振子辐射阻抗之和：Z=Z+Z，rr1r2⎧Zr1=Z11+Z12式中，⎨(9-1)Z=Z+Z⎩r22122当间距s很小时，Z=Z≈Z=Z，故Z≈4Z，即：11221221r11折合振子的总辐射阻抗为单个半波振子辐射阻抗的4倍。对于半波振子，其辐射电阻就是其输入电阻，则有：R=4R=4×73.1=292.4Ω≈300Ωin11其虚部可调节振子长度或采用

3、调谐电路予以抵消。另一方面，因为s很小，折合振子的两线可等效为一根线，其上电流振幅是2I，由辐射功率：m1西安电子科技大学121212P=(2I)R=I(4R)=IR(9-2)rm11m11mr222同样可得：R=4Rin11等效电路法折合振子的基本工作特点如同一个不平衡传输线，可把线上电流分解成两种模式：一是传输线模式（奇模激励），一是天线模式（偶模激励）。图9.2折合振子等效电路图传输线模式见图(b)，由端口a-b或e-f向短路端看去的输入阻抗为Z=jZtan(βL/2)(9-3)t0式中，l是折合振子天线的长度，即双线传

4、输线的长度，Z是双线传输线的0特性阻抗。b、e两点等电位，则a-b两点的输入电流为：U/2I=(9-4)tZt天线模式见图(c)，由于c、d两点同电位，g、h同电位，又因s<<λ，则图(c)又可等效为图(d)。因此有U/2I=(9-5)aZd2式中，Z=Z/sin(βL/2)为对称振子的输入阻抗。dr折合振子输入端的总电流为IaUU2Zd+ZtI=I+=+=U(9-6)int22Z4Z4ZZtddtU4ZdZt输入阻抗为：Z===(9-7)inI2Z+Zindt2《天线原理》讲义郭景丽邹艳林对半波折合振子L=λ/2，Z=Z=Z

5、,Z→∞，则：Z=4Z=4Z。dr11tinr11采用折合振子，可实现与特性阻抗为300欧的双线传输线的良好匹配，而且还可获得较宽的频带特性，因为折合振子相当于截面半径加粗了的振子。下图为采用传输线模型和矩量法计算的导线直径为2a=0.001λ的折合振子的输入阻抗曲线，导线间距为12.5a，相当于双导线的特性阻抗为300欧。图9.3不同长度折合振子的阻抗可以看出，第一谐振点发生在L=0.48λ处，输入阻抗略小于300欧，在第二谐振点L=1.47λ处，输入阻抗略大于300欧，还可以看到，在L=nλ,n=1,2,3...处，输入阻

6、抗很小，这是因为Z几乎为0。t图9.4(a)俯视图(b)端视图折合振子也可采用粗细不同的导线，在半波条件下，输入阻抗为：2Z=(1+c)Z,(L=λ/2)(9-8)fd通常a,a远小于d，c近似为：12ln(d/a)1c=(9-9)ln(d/a)23西安电子科技大学可见调节导线的粗细可以调节折合振子天线的输入阻抗。折合振子常被用于FM广播、UHF电视的接收天线和发射天线。下图是用于覆盖消费水平较低偏远地区村庄电视观众的UHF电视发射天线。图9.5折合振子组成的十字形ＵＨＦ电视发射单元折合振子之所以是非常流行的线天线，是因为它的

7、阻抗特性、容易制作和结构的刚性。等半径导线的半波长折合振子的输入阻抗接近300欧双导线传输线的特性阻抗。改变导线的半径还可以调节输入阻抗。半波折合振子的带宽比普通半波振子大，常作为八木天线和其他天线的馈电天线。9.2八木天线(Yagi-UdaAntenna)八木天线又称为引向天线或波渠天线，是日本东北大学的八木秀次(HidetsuguYagi）和宇田新太郎(ShintaroUda)两人在二十世纪20年代发明的。这种天线被誉为是天线领域的经典之作，是极少以发明人名命名的天线之一。八木天线由一个有源振子与若干无源振子组成，无源振子

8、位于有源振子两端，起反射能量和导引能量的作用。如下图所示。4《天线原理》讲义郭景丽邹艳林图9.6(a)八木教授图9.6(b)八木天线示意图有源振子与馈线直接相连，引向器和反射器都是无源振子。有源振子被馈电后在空间产生电磁波，通过耦合在无源振子上产生感应电流并发生辐射。改变振子