(第二章)窄带天线.ppt

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1、对称振子的结构如图2―1―1所示,它由两段同样粗细和相等长度的直导线构成,在中间两个端点之间进行馈电,且以中间馈电点为中心而左右对称的。由于它结构简单,所以被广泛用于无线电通信,雷达等各种无线电设备中,也可作为电视接收机最简单的天线设备。它既可作为最简单的天线使用,也可作为复杂天线阵的单元或面天线的馈源。2.1.1对称振子天线2－1双极天线第2章窄带天线图2―1―1图2-1-1对称振子一、对称振子的辐射场工程上计算对称振子的辐射场的近似方法是:把对称振子看成是终端开路的传输线两臂向外张开的结果(如图2-1-2),并假设其上的电流分布仍和张开前一样,然后将振子分成许多小段,每一小段上的电流在某

2、个瞬间可认为各处相同,即把每个小段看作一个元电辐射体,于是空间任一点的场强是许多元电辐射体在该点产生场强的叠加。令对称振子沿z轴放置（图2-1-1）,其上的电流分布可表示为I(z)=Imsinβ(h-

3、z

4、)(2－1－1)图2-1-2开路传输线与对称振子式中,β为相移常数,β=k=在距中心点为z处取电流元段dz,则它对远区场的贡献为选取振子的中心与球坐标系的原点重合,上式中的r′与从原点算起的r稍有不同。在远区,由于rh,参照图2-1-1,则r′与r的关系为r′=(r2+z2-2rzcosθ)1/2≈r-zcosθ(2－1―2)(2―1―3)式（2-1-3）代入式（2-1-2）,同时令

5、,则对称振子天线的辐射场为式中,(2―1―4)(2―1―5)

6、F(θ)

7、是对称振子的E面方向函数,它描述了归一化远区场

8、Eθ

9、随θ角的变化情况。图2-1-3分别画出了四种不同电长度（相对于工作波长的长度）:和2的对称振子天线的归一化E面方向图,其中和的对称振子分别为半波对称振子和全波对称振子,最常用的是半波对称振子。由方向图可见,当电长度趋近于3/2时,天线的最大辐射方向将偏离90°,而当电长度趋近于2时,在θ=90°平面内就没有辐射了。由于

10、F(θ)

11、不依赖于φ,所以H面的方向图为圆。图2-1-3对称振子天线的归一化E面方向图化简后得同样，还可得对称振子的辐射电阻为图2-1-4给出了对

12、称振子的辐射电阻RΣ随其臂的电长度h/λ的变化曲线。根据第一章的结论,对称振子的辐射功率为(2―1―6)(2―1―7)(2―1―8)图2-1-4对称振子的辐射电阻与h/λ的关系曲线1.半波振子的辐射电阻及方向性半波振子广泛地应用于短波和超短波波段,它既可作为独立天线使用,也可作为天线阵的阵元。在微波波段,还可用作抛物面天线的馈源。将βh=2πh/λ=π/2代入式（2-1-5）即得半波振子的E面方向图函数为该函数在θ=90°处具有最大值（为1）,而在θ=0°与θ=180°处为零,相应的方向图如图2-1-3所示。将上式代入式（2-1-8）得半波振子的辐射电阻为(2―1―9)RΣ=73.1(Ω

13、)将F(θ)代入式（1-4-6）得半波振子的方向函数:D=1.64(2-1-11)方向图的主瓣宽度等于方程:0°＜θ＜180°的两个解之间的夹角由此可得其主瓣宽度为78°。因而,半波振子的方向性比电基本振子的方向性（方向系数1.5,主瓣宽度为90°）稍强一些。(2―1―10)2.振子天线的输入阻抗前面讲过对称振子天线可看作是由开路传输线张开180°后构成。因此可借助传输线的阻抗公式来计算对称振子的输入阻抗,但必须作如下两点修正。1)特性阻抗由传输线理论知,均匀双导线传输线的特性阻抗沿线不变,则有式中,D为两导线间距；a为导线半径。而对称振子两臂上对应元之间的距离是可调的（如

14、图8-5）,设对应元之间的距离为2z,则对称振子在z处的特性阻抗为(2―1―12)图2-1-5对称振子特性阻抗的计算式中,a为对称振子的半径。将Z0(z)沿z轴取平均值即得对称振子的平均特性阻抗:式中,2δ为对称振子馈电端的间隙。可见,随h/a变化而变化,在h一定时,a越大,则越小。2)对称振子上的输入阻抗双线传输线几乎没有辐射,而对称振子是一种辐射器,它相当于具有损耗的传输线。根据传输线理论,长度为h的有耗线的输入阻抗为(2―1―13)(2―1―14)式中,Z0为有耗线的特性阻抗,以式（2-1-14）的0来计算;α和β分别为对称振子上等效衰减常数和相移常数。(1)对称振子上的等效

15、衰减常数α由传输线的理论知,有耗传输线的衰减常数α为(2―1―16)(2―1―15)式中,R1为传输线的单位长度电阻。对于对称振子而言,损耗是由辐射造成的,所以对称振子的单位长度电阻即是其单位长度的辐射电阻,记为RΣ1,根据沿线的电流分布I(z),可求出整个对称振子的等效损耗功率为对称振子的辐射功率为因为PL就是PΣ,即PL=PΣ,故有(2―1―17)(2―1―18)对称振子的沿线电流分布为将上式代入式（