天线与电波传播第五章.ppt

《天线与电波传播第五章.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、天线与电波传播第五章宽频带天线授课老师：徐云学§5.1引言前两章讨论的中心馈电对称振子上的电流幅度均匀分布（常数）－电基本振子（电流元）（）线性分布（三角分布）－短对称振子（）正弦分布－长对称振子（）电流的相位分布均为均匀分布（常数）。对称振子天线由终端开路的长线张开而成，终端开路的长线天线上的电流和电压驻波是两个等幅但反相的波的合成（终端电流为零－波节点，终端电压最大－波腹点）。且驻波的最大值和最小值点按半波长整数倍重复，零点和最大值点的间隔是§5.1引言天线上电流、电压呈驻波分布，有固定的波腹点和波节点，称为驻波天线（StandingWave

2、Antennas）。驻波天线有明显的谐振特性，故此又称为谐振天线（ResonantAntennas）。这类天线的工作频带较窄，因为频率改变天线的电尺寸随之改变，天线的电性能（如输入阻抗）也随之改变。展宽频带的一个重要途径是使天线电流工作于行波状态，频率变化时，尽管天线电尺寸也变化，但输入阻抗却近似不变，其它电性能变化亦较缓慢。这类天线称为行波天线（TravelingWaveAntennas）或非谐振天线（NonresonantAntennas），如菱形（Rhombic）天线、螺旋（Helical）线和对数周期（Log-Periodic）天线等。§

3、5.1引言【宽频带天线实物照片】§5.1引言研究天线除了要分析、研究天线的方向特性和阻抗特性外，还应考虑它的使用带宽问题。现代通信中，要求天线具有较宽的工作频带特性，以扩频通信为例，扩频信号带宽较之原始信号带宽远远超过10倍，再如通信侦察等领域均要求天线具有很宽的带宽。【宽频带天线】习惯上，若天线的相对带宽达百分之几十以上，则把这类天线称为宽频带天线。【非频变天线】若天线的阻抗特性和方向性能在一个更宽的频率范围内（例如频带宽度为10∶1或更高）保持不变或稍有变化，则把这一类天线称为非频变天线(FrequencyIndependentAntenna

4、)。§5.1引言非频变天线概念是由拉姆西（V.H.Rumsey）于1957年提出的，使天线的发展产生了一个突破，可将带宽扩展到超过40∶1，在此之前，具有宽频带方向性和阻抗特性的天线其带宽不超过2∶1。天线的电性能取决于它的电尺寸，所以当几何尺寸一定时，频率的变化导致电尺寸的变化，因而天线的性能也将随之变化。非频变天线的导出基于相似原理。【相似原理】若天线的所有尺寸和工作频率（或波长）按相同比例变化，则天线的特性保持不变。对于实用的天线，要实现非频变特性必须满足以下两个条件。§5.1引言非频变天线需满足的条件？【角度条件】角度条件是指天线的几何形

5、状仅仅由角度来确定，而与其它尺寸无关。例如无限长双锥天线就是一个典型的例子，由于锥面上只有行波电流存在，故其阻抗特性和方向特性将与频率无关，仅仅决定于圆锥的张角。要满足“角度条件”，天线结构需从中心点开始一直扩展到无限远。§5.1引言非频变天线需满足的条件？【终端效应弱】实际天线的尺寸总是有限的，与无限长天线的区别就在于它有一个终端的限制。若天线上电流衰减得快，则决定天线辐射特性的主要部分是载有较大电流的部分，而其延伸部分的作用很小，若将其截除，对天线的电性能不会造成显著的影响。在这种情况下，有限长天线就具有无限长天线的电性能，这种现象就是终端效

6、应弱的表现，反之则为终端效应强。【注】由于实际结构不可能是无线长，使得实际有限长天线有一工作频率范围，工作频率的下限是截断点处的电流变得可以忽略的频率，而存在工作频率的上限是由于馈电端不能再视为一点，通常约为1/8高端截止波长。§5.1引言【非频变天线的分类】天线的形状仅由角度来确定，可在连续变化的频率上得到非频变特性。如无限长双锥天线、平面等角螺旋天线以及阿基米德螺旋天线等。天线的尺寸按某一特定的比例因子τ变化，天线在f和τf两频率上的性能是相同的，在从f到τf的中间频率上，天线性能是变化的，只要f与τf的频率间隔不大，在中间频率上，天线的性能

7、变化也不会太大，用这种方法构造的天线是宽频带的。这种结构的一个典型例子是对数周期天线。5.2平面等角螺旋天线【天线结构】由两个臂构成，双臂用金属片制成，具有圆对称性，每一臂都有两条边缘线，均为等角螺旋线。可通过印刷电路技术腐蚀在介质板材上。5.2平面等角螺旋天线等角螺旋线极坐标方程为为螺旋线矢径；为极坐标中的旋转角；为时的起始半径；为螺旋率，决定螺旋线张开的快慢。称为螺旋角，由于螺旋线与矢径之间的夹角处处相等，因此这种螺旋线称为等角螺旋线，它只与螺旋率有关。5.2平面等角螺旋天线等角螺旋天线中，两个臂的四条边缘具有相同的。如果取，天线的金属臂与两

8、臂之间的空气缝隙是同一形状，称为自补结构。若第一条边缘等角螺旋线方程将第一条等角螺旋线旋转角等角螺旋天线第一个臂将第一个臂旋转180°等