天線課件6教材

第6章常用線天線及饋電

6.1單極天線6.2半波折合振子6.3引向天線6.4電視發(fā)射天線6.5圓極化天線6.6天線的饋電6.1

單極天線

單極天線的型式:鞭狀天線(短波和超短波波段);

垂直接地天線(長、中波波段);

印刷單極子天線（移動通信）。單極天線在上半空間的輻射場與等效的對稱振子相同

對稱振子（雙極天線）

6.1.1鞭狀天線

鞭狀天線的電高度通常小于0.7，故最大輻射方向沿理想導(dǎo)電平面，且在理想導(dǎo)電平面上輻射的場垂直于導(dǎo)電平面，是一種垂直極化天線。1.鞭狀天線的電性能

（2）極化（1）方向性圖與自由空間對稱振子的方向性圖一樣，但只取上半空間。（3）有效高度和輸入阻抗

有效高度定義：假想有一個與理想導(dǎo)電平面垂直的等效天線，其均勻分布的電流等于鞭狀天線的輸入電流，它在最大輻射方向的場強(qiáng)與鞭狀天線的相等，則該等效天線的長度就稱為鞭狀天線以Iin為參照的有效高度。

鞭狀天線上的電流分布鞭狀天線以Iin為參照的有效高度為

結(jié)論1：鞭狀天線的有效高度等于其等效對稱振子有效長度的一半。當(dāng)時，結(jié)論2：當(dāng)鞭狀天線高度時，其有效高度近似等于其實(shí)際高度的一半。

結(jié)論3：鞭狀天線的輸入阻抗是等效對稱振子輸入阻抗的一半。

Iin（鞭狀）=Iin(對稱振子）Vin（鞭狀）=Vin(對稱振子）/2結(jié)論：鞭狀天線的輻射電阻等于其等效的對稱振子的輻射電阻的一半。當(dāng)h=

/4

時，其等效的對稱振子為半波振子，故鞭狀天線的輻射電阻為（4）輻射阻抗和方向性系數(shù)已知以IM做參照的對稱振子的輻射電阻為鞭狀天線的輻射電阻鞭狀天線的輻射電阻結(jié)論：鞭狀天線的方向性系數(shù)是等效對稱振子方向性系數(shù)的2倍。

物理解釋：在最大輻射場強(qiáng)相同的情況下，鞭狀天線所需的輻射功率只是等效對稱振子輻射功率的一半。當(dāng)

h

<<

時輻射場的有效值為

鞭狀天線在最大輻射方向（沿理想導(dǎo)電平面）的輻射場振幅值為當(dāng)天線很短（

h

<0.1

）時,已知天線在最大輻射方向的輻射場振幅值為

鞭狀天線上的電流近似為純駐波分布，其頂端電流為零，且頂端附近電流近似為三角形分布，故有效高度he較低，輻射電阻較小，效率較低。2.加頂負(fù)載

加頂負(fù)載可增加鞭狀天線的有效高度。

感抗越大，則加感點(diǎn)以下電流增加量越大，這對提高有效高度有利；但當(dāng)電感過大時，增加了重量，且線圈的電阻損耗也加大，會使天線效率降低。感抗應(yīng)適中。3.加電感線圈加感線圈可以部分抵消該點(diǎn)以上線段在該點(diǎn)所呈現(xiàn)的容抗，使該點(diǎn)總電抗減小，電流增大，使該點(diǎn)以下線段的電流分布趨于均勻。

加感線圈對加感點(diǎn)以上線段的電流分布并無改善作用。

加感點(diǎn)的位置距頂端越近，電流分布改善的長度越長。但是靠近頂端容抗較高，所需感抗較大，電感的重量和損耗增大，所以加感點(diǎn)位置應(yīng)適當(dāng)。通常選擇加感點(diǎn)位置距天線頂端（1/3~1/2）h處。4.螺旋鞭狀天線

天線加載方式：集中元件加載，分布元件加載。螺旋線圈的直徑D<0.18

。集中元件加載：加頂負(fù)載：容性加載；

加電感線圈：感性加載。分布元件加載：螺旋鞭狀天線，相當(dāng)于將加載的電感分布在鞭狀天線的整個導(dǎo)線上。（2）是一種慢波結(jié)構(gòu)。（3）與直金屬棒鞭狀天線相比，螺旋鞭狀天線的長度可以縮短2/3或更多。（1）輻射場的方向性與直金屬棒鞭狀天線一樣。廣泛應(yīng)用于短波和超短波的小型移動通信電臺中。特點(diǎn)：（1）等效半徑較粗，平均特性阻抗較低；

6.1.2套筒天線

套筒天線阻抗帶寬較寬的原因：（2）輻射器與其鏡像構(gòu)成一段開路線，而套筒與其鏡像構(gòu)成一段短路線，兩者的輸入電抗性質(zhì)相反，具有互補(bǔ)性。為了使等效饋電點(diǎn)落在電流變化較小處，套筒的長度通常是鞭狀天線長度的1/3~1/2。開式套筒天線:用靠近內(nèi)導(dǎo)體兩側(cè)的兩根導(dǎo)線來代替套筒。倒L形天線（ILA，Inverted-LAntenna）

（1）當(dāng)水平臂長l很短時，其輻射能力很低，與鞭狀天線加頂負(fù)載的作用相同，對天線方向性影響不大。

6.1.3倒L形天線和倒F形天線水平臂的作用:改善垂直部分電流分布，提高輻射效率，同時也會參與輻射。（2）當(dāng)水平臂長l較長,而h較高時，水平臂相當(dāng)于對稱振子的一個臂，對高空有一定的輻射，此時天線的垂直部分和水平部分均產(chǎn)生輻射，稱為復(fù)合天線。（3）水平臂長l較長,而h較低時，水平臂受其地面負(fù)鏡像的影響對高空輻射很弱，天線沿地面方向輻射最強(qiáng)。圖(a)所示的倒L形天線(ILA)是一個電容加載的短單極天線，加載水平部分的長度比單極子自身的長度大得多，通常大約為四分之一波長。圖(a)的變形形式——圖

(b)稱為倒F形天線（IFA,Inverted-FAntenna），它是在ILA垂直單元的頂端反方向再加一倒L。

IFA的輸入阻抗便于用附加的倒L調(diào)節(jié)，可以調(diào)整到與負(fù)載相匹配的數(shù)值而不用另加匹配電阻，故應(yīng)用廣泛。

將IFA的導(dǎo)線改為平板（圖(c)所示），增加阻抗帶寬。

ILA和IFA由垂直部分和水平部分組成的，故輻射場具有垂直極化和水平極化兩種分量，而且這類天線屬于低輪廓天線，因此在便攜式通信設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。圖(d)：一種運(yùn)用PIFA結(jié)構(gòu)構(gòu)成的手機(jī)天線示意圖。PIFA（PlannarInvertedAntenna）雙頻手機(jī)單極天線WLAN陷波UWB天線雙頻WLAN天線

6.1.4單極天線在移動臺中的應(yīng)用移動臺天線：相對固定臺而言，其位置隨時都在變化，因此要求其在水平面內(nèi)大致是無方向性的，垂直面內(nèi)的方向性盡量能抑制大仰角方向的輻射。同軸電纜饋電的單極天線：廣泛應(yīng)用于超短波移動通信中（如車載天線）。布朗天線：將同軸電纜內(nèi)導(dǎo)體伸長

/4而構(gòu)成的。在同軸電纜外導(dǎo)體開口處與4根水平輻射狀的導(dǎo)體相連，水平導(dǎo)體的長度仍取

/4

。垂直接地的單極天線能夠滿足這些要求。6.2半波折合振子(1)半波對稱振子的輸入阻抗僅有73.1歐姆，而常用的平行雙線傳輸線的特性阻抗為200~600歐姆;(2)當(dāng)半波對稱振子排陣之后，其輸入阻抗也可能變小，而無法與特性阻抗為75歐姆的同軸線匹配。為保證天線與饋線間的良好匹配，必須設(shè)法提高天線的輸入電阻。半波折合振子:具有與半波對稱振子相同的方向特性，但其輸入阻抗可以做到半波對稱振子輸入阻抗的若干倍，故可解決以上問題。二元半波折合振子:由兩個靠得很近、兩端點(diǎn)連接在一起的半波振子構(gòu)成。兩振子的粗細(xì)可以一樣，也可以不同。

水平部分的長度接近0.5

，連接水平部分的短邊長度小于0.1

。半波折合振子可看成是長度為

/2的短路平行雙線變形而成。bcd段半波振子的波腹電流為bad段半波振子的波腹電流為半波折合振子可看成是波腹電流IM=IM1+IM2

的等效半波振子，因此，它的方向性與半波振子的方向性相同。半波振子輻射的復(fù)功率為：半波振子的輻射阻抗。半波折合振子可看成是波腹電流IM=IM1+IM2

的等效半波振子，因此，它的方向性與半波振子的方向性相同。半波折合振子饋電點(diǎn)的電流實(shí)際為IM2，而不是IM，故其輸入功率為：半波折合振子的輸入阻抗。IM=IM1+IM2由于半波折合振子的效率接近1，故其輸入功率近似等于其輻射功率=

IM=IM1+IM2平行雙線特性阻抗對于等粗半波振子構(gòu)成的折合振子，a1=a2，K=4,

這是最常用的一種情況，廣泛應(yīng)用于電視接收天線。對于等粗半波振子構(gòu)成的折合振子，a1=a2，K=4,

折合振子是一個扁環(huán)振子，其橫斷面面積較大，相當(dāng)于直徑較粗的半波振子，而振子越粗，輸入阻抗隨頻率的變化越平緩，故頻帶較寬。6.3.1引向天線的結(jié)構(gòu)引向天線(八木——宇田天線)

:由一個有源振子和若干個無源振子構(gòu)成的端射陣。6.3引向天線無源振子的作用是使輻射能量集中到天線的一端。有源振子的主要作用是提供輻射能量。有源振子:接有電源的半波對稱振子;無源振子:沒接電源的短路振子。（1）無源振子受有源振子電磁場的作用，產(chǎn)生感應(yīng)電流。無源振子的感應(yīng)電流同樣要輻射電磁場。（2）接收點(diǎn)的場強(qiáng)是有源振子輻射場與無源振子輻射場的矢量和。（4）無源振子長度和間距適當(dāng)時便可使總輻射場指向陣軸一端，形成端射。（3）無源振子感應(yīng)電流所輻射的功率來源于有源振子，因此又稱寄生振子。無源振子分為反射器和引向器兩種。反射器:比有源振子長的無源振子。引向器：比有源振子短的無源振子。作用是把有源振子輻射的電磁波反射到較短的無源振子方向，引向天線中只有一個反射器。作用是“吸引”有源振子輻射的電磁波，使引向天線的方向性更強(qiáng)，引向天線中有多個引向器。

引向器隨著與有源振子距離的增大而逐漸變小的引向天線的工作頻帶較寬，高頻性能較好。引向天線中有源振子和無源振子的總數(shù)稱為單元數(shù)。引向器等長時頻帶較窄。應(yīng)用：可用于超短波(VHF)定向通信，電視接收天線等。引向天線的優(yōu)點(diǎn)：不需使用復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)，故體積小、結(jié)構(gòu)簡單、牢固、饋電方便，增益較高。6.3.2引向天線的工作原理1.電流相位差對天線陣方向性的影響引向天線實(shí)際上就是一個端射式天線陣。與普通端射陣不同，引向天線中無源振子上的電流不是通過饋線得到的，而是有源振子輻射場感應(yīng)的電流。已知在端射式天線陣中，最大輻射方向由電流相位超前的振子指向電流相位落后的振子。因此，為確定無源振子是起反射器作用還是起引向器作用，必須先求得無源振子上的感應(yīng)電流。2．無源振子的感應(yīng)電流無源振子“2”上的電流是有源振子“1”輻射場感應(yīng)的電流，故其本身并沒有額外輻射能量，其輻射阻抗為零——無源振子電流IM2超前于有源振子電流IM1的相位差。

無源振子是反射器還是引向器與電流振幅比k無關(guān)，僅與相位差

有關(guān)。

=

arg

Z21

arg

Z22

（3）調(diào)整有源振子與無源振子之間的距離d可改變互阻抗Z21

。（1）若無源振子電流的相位超前于有源振子，即

>0，它就是一個反射器。（4）調(diào)整無源振子的電長度可改變它的自阻抗Z22。（2）若無源振子電流的相位落后于有源振子，即

<0，它就是一個引向器。

=

arg

Z21

arg

Z22

令雖然無源振子與有源振子的長度不同，但對它們之間互阻抗值的影響不大，在分析互阻抗值Z21

的時候，仍可把無源振子看成是半波對稱振子。

=

21-12齊平排列耦合半波對稱振子的互電阻和互電抗曲線互電阻

R21>0互電抗

X21<0

實(shí)踐中有源振子與無源振子之間的距離為d=(0.15~0.40)

=

arg

Z21

arg

Z22

R21>0X21<0可以證明：

21

是一個不大的負(fù)角度。結(jié)論：引起

變化的主要原因是無源振子自阻抗Z22

所引起的電流相位差

22，即無源振子的電長度。

由互阻抗引起的電流相位差

=

arg

Z21

arg

Z22

=

21

22

無源振子自阻抗引起的電流相位差與它的長度2l2

的關(guān)系為結(jié)論：只要改變無源振子的電長度，就能調(diào)整無源振子與有源振子電流之間的相位關(guān)系。

=

arg

Z21

arg

Z22=

21

22

結(jié)論：（1）當(dāng)無源振子的長度2l2

0.5

0

時，

22

0，總電流相位差角為0<

<

，即無源振子電流的相位超前于有源振子，因此無源振子是反射器；

（2）當(dāng)無源振子的長度2l2

稍小于0.5

0

時，如果恰好

21=

22(<0)

，

=

，無源振子與有源振子構(gòu)成了反相二元天線陣，在

=0

和

=180

兩個方向上輻射場大小相等，此時無源振子既不是反射器也不是引向器；

=

arg

Z21

arg

Z22=

21

22

（1）當(dāng)無源振子長度2l2

0.5

0

時，

22

0，無源振子是反射器；（2）當(dāng)無源振子長度2l2

稍小于0.5

0

時，恰好

21=

22(<0)時，

=

，無源振子既不是反射器也不是引向器；

（3）當(dāng)無源振子的長度2l2

小于諧振半波長0.5

0

較多時，無源振子自阻抗引起的電流相位差

22<0，且|

22|>|

21|，總的電流相位差角為

<

<0，即無源振子電流的相位落后于有源振子，因此無源振子是引向器。3.引向天線的電氣特性（1）阻抗方程式引向天線中各單元振子的長度彼此不等，不屬于第2章中討論的天線陣。但是，引向天線仍屬于耦合對稱振子，阻抗方程式仍成立。從最左端反射器開始逐個對對稱振子編號，則引向天線的阻抗方程式為已知數(shù):自阻抗、互阻抗和有源振子的電流I2

；未知數(shù)：(n－1)個無源振子的電流、有源振子的輻射阻抗Z

2

。共n個未知數(shù)，由n個方程可求得惟一解。

已知數(shù)和未知數(shù)都是復(fù)數(shù)，n個復(fù)數(shù)方程組能夠分成2n個實(shí)數(shù)方程組。由以上方程可求出(n

1)個無源振子上的感應(yīng)電流，從而可以求得天線輻射場。引向天線中的振子存在互耦，在無源振子的影響下，有源振子的輸入阻抗將發(fā)生以下變化：（1）使有源振子的輸入阻抗下降；

（2）使輸入阻抗隨頻率變化得更加厲害。

（3）半波折合振子具有阻抗高、頻帶寬的特性，若用半波折合振子作為有源振子可解決以上問題。

（2）方向特性

如果各振子沿y軸放置，它們以各自波腹電流Ik

做參照的方向性函數(shù)為

引向天線類似于齊平排列的天線陣，但引向天線各對稱振子不等長，且各單元振子電流相位差也不等，故不能用一個簡單的陣因子表示。

1=

d1cos

以有源振子波腹電流I2

做參照的引向天線的輻射場——波程差引起的有源振子超前于反射器輻射場的相位差角；二者的電流相位差為

1=

d1cos

——波程差引起的各引向器超前于有源振子輻射場相位差角；彼此的電流相位差為

k=

dk-1

cos

(k=3,

4,

…,

n)

P111圖6.3.3有錯！把最大方向

=0

代入上式得到輻射場的最大值，用它去除輻射場表達(dá)式就可以得到引向天線的歸一化方向性函數(shù)。赤道面：

=0

子午面：

=90

引向天線在兩個主平面的方向性圖與端射式天線陣很相似。引向天線為線極化天線。引向天線半功率波瓣寬度的估算公式為6.4電視發(fā)射天線2.有足夠的架設(shè)高度和足夠大的輻射功率為了使位于幾十公里以外的用戶能接收到電視信號，電視發(fā)射天線的架設(shè)高度至少要超過100m。（1）若電視發(fā)射天線設(shè)在城市中央，通常要求電視發(fā)射天線在水平面內(nèi)具有均勻的方向性。3.方向性要求：6.4.1電視發(fā)射天線的特點(diǎn)和要求

1.工作頻段：甚高頻(VHF,30~300MHz,超短波)和

特高頻(UHF,300~3000MHz,分米波)（2）若電視發(fā)射天線位于城市邊緣的山上，則要求電視發(fā)射天線在水平面內(nèi)具有一定的方向性。（1）若電視發(fā)射天線設(shè)在城市中央，通常要求電視發(fā)射天線在水平面內(nèi)具有均勻的方向性。3.方向性要求：（2）若電視發(fā)射天線位于城市邊緣的山上，則要求電視發(fā)射天線在水平面內(nèi)具有一定的方向性。（3）為節(jié)省能量，要求在垂直面內(nèi)具有較強(qiáng)的方向性，使能量集中于水平方向而不向上空輻射。（4）當(dāng)天線架設(shè)高度過高時，需采用主波束下傾的方式。（5）為了減小天線受垂直放置的支撐物和饋線的影響，并且架設(shè)方便，應(yīng)采用水平極化波。電視發(fā)射天線通常是與地面平行的水平對稱振子或其變形。4.電視信號有8MHz的頻帶寬度，因此電視發(fā)射天線應(yīng)具有寬頻帶特性。

6.4.2旋轉(zhuǎn)場天線1、結(jié)構(gòu)兩個基本振子的電流等幅，相位差90

，即設(shè)角

x

和角

y

分別是電磁波射線和兩個振子軸正方向之間的夾角。兩個互相垂直的基本振子的電流的正方向分別沿著x軸和y軸的正方向?；菊褡拥妮椛鋱?/p>

xoy面兩個基本振子的輻射場

在xoy面輻射場的瞬時值表達(dá)式

在xOy

平面的不同象限中，角

x和角

y統(tǒng)一改用角

表示，電場矢量E

的方向統(tǒng)一改用單位矢量e

來表示，從而使各象限的表達(dá)式相同。

象限單位矢量相互關(guān)系方向變量相互關(guān)系Ⅰ

x

=

y=90

Ⅱ

x

=

y=

90Ⅲ

x

=360

y=

－90

Ⅳ

x=

360

y=90+360

象限單位矢量相互關(guān)系方向變量相互關(guān)系Ⅰ

x

=

y=90

Ⅱ

x

=

y=

90Ⅲ

x

=360

y=

－90

Ⅳ

x=

360

y=90+360

象限單位矢量相互關(guān)系方向變量相互關(guān)系Ⅰ

x

=

y=90

Ⅱ

x

=

y=

90Ⅲ

x

=360

y=

－90

Ⅳ

x=

360

y=90+360

觀察半徑r

=

k

(k=1，2，3，···)的大圓周上兩個電流元輻射場的變化規(guī)律1、兩個電流元輻射場具有相同的極化方向。2、兩輻射場之間具有90

的相位差。(a)

沿x軸的基本振子

(b)

沿y軸的基本振子圖7-6-2水平面內(nèi)兩個振子各自的方向性圖

4、兩個電流元的合成場E=E1+E2=e

Emax[cos

cos(

t)

sin

sin(

t)]

=

e

Emaxcos(

t

)

5、在xOy

平面內(nèi)，不論在那個方向上觀察，合成場都是按簡諧規(guī)律變化的，其振幅值都是Emax(r)。7、在不同方向的觀察點(diǎn)，輻射場到達(dá)正向振幅值、零值和反向振幅值的時刻是不相同的。3、二者都具有“∞”字形的方向性圖，且彼此互相垂直。6、合成波仍是線極化波，極化方向仍為e

。E=E1+E2=e

Emax[cos

cos(

t)

sin

sin(

t)]

=e

Emaxcos(

t

)

8、不同時刻輻射場的最大輻射方向不同。9、天線“∞”形的方向性圖的最大輻射方向隨時間而旋轉(zhuǎn)，稱之為旋轉(zhuǎn)場天線。旋轉(zhuǎn)場天線的瞬時方向性圖雖然仍是“∞”字形的，但它是以圓頻率

順時針旋轉(zhuǎn)的“∞”字形方向性圖。10、在等半徑r圓上能測出均等的振幅值或有效值，測得的水平面方向性圖是圓。旋轉(zhuǎn)場天線的方向性圖11、圖中虛線所示的“∞”字形方向性圖是旋轉(zhuǎn)場天線的瞬時方向性圖；實(shí)線所示的圓形方向性圖是根據(jù)測量值繪制的。12、相互垂直、電流具有90

相位差的半波對稱振子也可以構(gòu)成旋轉(zhuǎn)場天線。一般的基本振子和半波振子構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)場天線頻帶較窄。為增加頻帶寬度，實(shí)際電視發(fā)射天線使用互相垂直的蝙蝠翼振子構(gòu)成旋轉(zhuǎn)場天線，即蝙蝠翼天線。

對稱振子的方向性受頻率影響不大，而阻抗特性受頻率的影響較大。加粗振子可以降低對稱振子的平均特性阻抗，使其頻帶變寬。但是，加粗振子又會使天線的重量變大，給天線的架設(shè)和安裝帶來不便。蝙蝠翼電視發(fā)射天線：采用蝙蝠翼振子代替基本振子構(gòu)成的寬頻帶天線。6.4.3蝙蝠翼天線的工作原理電視發(fā)射天線應(yīng)具有寬頻帶特性。

x方向基本振子的演變過程。1、兩翼的豎桿組成平行雙線，兩端短路，由A–A

處饋電時，在A~E間形成駐波，短路線的輸入阻抗為感抗，其大小沿

方向逐漸增大。3、振子臂輸入容抗逐漸增大，短路線的輸入感抗逐漸增大，二者相互抵消，使每個振子輸入阻抗為純電阻，所以具有寬頻帶特性。2、對稱振子的臂長從D到A逐漸縮短，因而其輸入容抗逐漸增大。4、把兩個這樣的蝙蝠翼天線互相垂直地組裝在一起，使兩者的饋電點(diǎn)電流有90

相位差，就可以構(gòu)成電視發(fā)射天線。5、為使電磁波能量集中在地表面附近，增加天線的增益，把蝙蝠翼旋轉(zhuǎn)場天線作為單元天線，在垂直方向排成同相天線陣，兩層間距為一個波長。構(gòu)成直線陣的單元天線數(shù)目越多，垂直面內(nèi)方向性圖的主瓣就越窄。電視發(fā)射天線的增益系數(shù)交叉極化分量：極化方向與接收天線垂直的電磁波電場分量。

接收天線只能接收極化匹配的電磁波分量，而不能接收交叉極化分量。水平（垂直）天線只能接收水平（垂直）極化波，不能接收垂直（水平）極化波?！炀€的極化特性。6.5.1天線的極化特性與應(yīng)用線極化天線:工作方向（或最大輻射方向）輻射場為線極化波的天線。圓極化天線：工作方向（或最大輻射方向）輻射圓極化波的天線。左旋圓極化天線只能接收左旋圓極化波，不能接收右旋圓極化波。6.5圓極化天線圓極化波可以分解為極化方向互相垂直的線極化波，所以線極化天線可以接收到圓極化天線的信號；

利用天線的極化特性，可以保證可靠地接收信號；也可以避免接收干擾電磁波，提高接收系統(tǒng)信號-干擾比。衛(wèi)星通信系統(tǒng)和飛行器發(fā)、收天線之間的相互位置往往不是相互固定的，采用圓極化天線能夠增大信號接收的可靠性。衛(wèi)星系統(tǒng)采用圓極化天線可以克服法拉第旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象產(chǎn)生的影響。雷達(dá)系統(tǒng)采用圓極化天線可以抗雨霧干擾。線極化波可以分解成旋轉(zhuǎn)方向相反的左、右旋圓極化波，因此圓極化天線也可以接收到線極化天線的信號。6.5.2“十”字形振子

1、結(jié)構(gòu)：由兩個互相垂直、饋電電流等幅、相位差90

的半波對稱振子構(gòu)成。2、“十”字形振子與旋轉(zhuǎn)場天線的結(jié)構(gòu)及饋電方式完全相同，但工作點(diǎn)不同。3、旋轉(zhuǎn)場天線工作在xOy

平面，合成場是線極化波；圓極化天線構(gòu)成的方法：使天線輻射互相垂直的兩個等幅、相位差90

的電磁波場量。

“十”字形振子工作在z軸上，合成場是圓極化波。兩個半波振子的輻射場分別為

設(shè)兩個半波振子的電流相位關(guān)系為：Iy=jIx。合成波表達(dá)式為

在z軸正方向任意觀察點(diǎn)Q(0,0,z)處，

x

=

y

=90

——左旋圓極化波。

z軸負(fù)方向的任意觀察點(diǎn)Q'(0,0,z)處，合成波表達(dá)式為Q(0,0,z)處合成波表達(dá)式為

——右旋圓極化波。

中心交錯四分之一波長的“十”字形振子結(jié)構(gòu)：Iy=Ix1、在z軸正方向合成波為左旋圓極化波。

2、在z軸負(fù)方向合成波仍是左旋圓極化波。

一個振子沿著x軸放置，振子中心位置為O(0,0,0)；另一個振子沿y軸放置，振子中心位置為P(0,0,

/4)。3、“十”字形振子作有源振子，配上“十”字形反射器和引向器構(gòu)成“十”字形引向天線，形成沿z軸正方向的單向較強(qiáng)輻射。

：螺旋的直徑，s：螺距，G：接地板直徑，

n：圈數(shù)，g：螺距第1圈與接地板之間的距離。螺旋線圈的螺距角6.5.3軸向輻射型螺旋天線

1.螺旋天線的結(jié)構(gòu)l：螺旋一圈的周長l2=(

)2+s2螺旋線軸線的長度L=ns

（2）

/

=0.25~0.46（或一圈的周長l=(3/4~4/3)

）時，螺旋天線在螺旋的軸線方向有最大輻射，且為圓極化波。稱為軸向輻射型螺旋天線。螺旋天線的方向性取決于螺旋直徑

與工作波長

的比值。（1）

/<0.18，鞭狀螺旋天線，在垂直于螺旋軸線的平面上有最大的輻射，而且在該平面內(nèi)方向性圖為圓，稱為全方向輻射型螺旋天線。2.螺旋天線的方向性軸向輻射型螺旋天線

/

=0.25~0.46

，故螺旋天線一圈的長度約為一個波長。

設(shè)電流從“1”端饋入，即該螺旋線圈為右旋螺旋線圈。3.軸向輻射型螺旋天線的工作原理螺旋天線可看成是由N個平面圓環(huán)組成的，先分析一個平面環(huán)天線在軸向輻射的場。i

EEi螺旋線軸向?yàn)橛倚龍A極化波！

（1）同理可以證明，左旋螺旋線圈在軸向輻射左旋圓極化波。（3）按右旋（左旋）方式繞制的螺旋天線，軸向只能輻射或接收右旋（左旋）圓極化波；（2）為加大軸向輻射，可以采用多圈螺旋線。（4）接地圓盤可以使螺旋天線沿軸向形成單向輻射。（5）實(shí)用的軸向輻射型螺旋天線，既有等直徑圓柱形的，也有變直徑圓錐形的。圓錐形螺旋天線比等直徑螺旋天線有更寬的頻帶。（6）軸向輻射型螺旋天線不僅應(yīng)用在超短波波段，且在微波波段也常用作反射面天線的照射器。6.6天線的饋電

饋電系統(tǒng)：天線與收、發(fā)信機(jī)之間的連接設(shè)備。主要包括：饋電傳輸線（簡稱饋線）、匹配裝置、平衡變換器和天線共用器等。天線系統(tǒng)的電性能并不是唯一地取決于天線本身的特性，而且與饋電系統(tǒng)密切相關(guān)。天線與饋線連接有以下基本要求：（1）阻抗匹配，以保證天線能夠從饋線中得到盡可能多的能量；（2）對于對稱振子這類天線，還要求平衡饋電，要使對稱振子的激勵電流是兩邊對稱、同相的，以保證天線方向性圖的對稱性。1．單導(dǎo)線非諧振式饋電右圖為由單導(dǎo)線饋電的水平半波振子，但它不是半波對稱振子。這種饋電方式非常簡單，整個天線為一根導(dǎo)線，中間不斷開。饋電點(diǎn)T

左右兩側(cè)的電流近似認(rèn)為呈純駐波正弦分布，但電流正方向則分別向左和向右。6.6.1匹配裝置

將L=0.5

代入上面兩式得設(shè)R

左和R

右分別是點(diǎn)T左右兩側(cè)以波腹電流IM

做參照的輻射電阻，它們已經(jīng)考慮了地面的影響。

“O”點(diǎn)兩側(cè)對稱位置電流相等。因?yàn)長/2=0.25

<0.35

，所以結(jié)論：（1）點(diǎn)T左側(cè)輸入阻抗呈感性；（2）點(diǎn)T右側(cè)輸入阻抗呈容性。（3）X>>R1,2，點(diǎn)T左側(cè)感性電流與點(diǎn)T

右側(cè)容性電流的相位接近反相。(4)由于點(diǎn)T左右兩側(cè)電流的正方向流向相反，故實(shí)際電流的瞬時方向相同。(5)不對稱饋電半波振子上的電流分布與對稱饋電半波振子的電流分布相同。因?yàn)閄>>R1,X>>R2，點(diǎn)T的并聯(lián)總阻抗即天線的輸入阻抗(6)點(diǎn)T總的輸入阻抗

Zin

近似值為純電阻

Rin。通常選L/2-x=L/3,即匹配時單導(dǎo)線傳輸線的特性阻抗把它與中波收發(fā)設(shè)備相連，它的垂直部分就成了垂直天線；而水平部分就成了垂直天線的頂線。

這種天線在船舶上往往是短波和中波兩用的。把它與短波收發(fā)設(shè)備相連，它就是短波天線。這種饋電方式在遠(yuǎn)洋船舶上應(yīng)用較為普遍。2．三角形匹配的饋電方式

（1）水平半波振子的長度

L=0.5

（2）M和N

是饋電點(diǎn)；（3）MON段:相當(dāng)于一段特性阻抗為Z0的有耗短路短截線；（4）MA–NB

段:相當(dāng)于一段特性阻抗為Z0的有耗開路短截線；（5）兩段傳輸線在M，N

兩點(diǎn)處并聯(lián)。(7):開路傳輸線的長度。MA–NB

段開路線的輸入阻抗(6)

x=MO=NO:等效短路傳輸線的長度，MON

段短路線的輸入阻抗

(8)

R1(R2):等效短(開）路傳輸線在M，N饋電點(diǎn)處以各自的輸入電流做參照的輸入電阻。(9)短路傳輸線的感性電流與開路傳輸線的容性電流的相位關(guān)系接近反相。（10）又由于饋電點(diǎn)M或N的左右兩側(cè)電流的正方向流向相反，故實(shí)際電流的瞬時方向相同。X>>R1

X>>R2

（11）適當(dāng)調(diào)整M和N兩點(diǎn)與點(diǎn)O的距離，使這兩點(diǎn)處開路線的電流與短路線的電流相等。(12)該半波振子上的電流分布近似與普通半波振子上的電流分布相同。（13）總輸入阻抗為

（14）三角形饋電方式的輸入阻抗Zin

近似為純電阻Rin

。（15）設(shè)等效短路傳輸線MON

段以波腹電流IM

做參照的輻射電阻為R

1，則同理總輸入阻抗改用輻射電阻表示為R

=R

1

R

2

：水平半波振子以波腹電流IM

做參照的輻射電阻。

jZ0tan(

x)=

jX

輸入阻抗表達(dá)式還可以改寫成適當(dāng)選擇傳輸線，使其特性阻抗Z0

等于天線的輸入阻抗Zin，就能實(shí)現(xiàn)非諧振式饋電。但是，由于MON

段間距較大，應(yīng)選用間距逐漸縮小的傳輸線。

3．四分之一波長阻抗變換器饋線特性阻抗Z0遠(yuǎn)大于半波振子的輸入阻抗Rin,故需實(shí)現(xiàn)匹配。

采用四分之一波長阻抗變換器法匹配時，變換器的特性阻抗為傳輸線的特性阻抗與天線的輸入電阻的數(shù)值相差很大，故變換線的特性阻抗與主傳輸線的特性阻抗也相差很大。為了使變換線的間距與主傳輸線的間距相同，變換線的橫截面往往比主傳輸線的橫截面大得多。實(shí)踐中常采用銅管或鋁管作為變換線。還可以用串、并聯(lián)枝節(jié)匹配器等方法實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。無論從半波對稱天線本身來說，還是從這種匹配方式來說，頻帶都特別窄。

在超短波波段，為了防止平行雙線產(chǎn)生天線效應(yīng)，常使用同軸線作傳輸線。常見規(guī)格的同軸線特性阻抗有75

和50

兩種。實(shí)踐中75

的同軸線應(yīng)用得特別普遍。半波對稱振子的輸入阻抗為Zin=73.1+j42.5

。適當(dāng)縮短半波對稱振子的電長度成為諧振長度，消除輸入阻抗的電抗成分，則其輸入阻抗為純電阻，且

Zin=Rin≈75

直接用同軸線為半波對稱振子饋電能否實(shí)現(xiàn)阻抗匹配？

NO!

1.不對稱饋電效應(yīng)6.6.2平衡變換器

外側(cè)壁電流的存在使對稱振子左右兩臂的電流不再相等，右臂的電流為I1，左臂的電流為I3=I1

I2。

對稱振子兩臂上的電流不平衡將會引起方向性圖的畸變。同軸線外導(dǎo)體外壁的電流引起輻射效應(yīng)，進(jìn)一步影響天線的方向特性和阻抗特性。下面介紹能夠使超短波和分米波天線實(shí)現(xiàn)平衡饋電的裝置——平衡變換器，又稱巴倫（balun）。(1)同軸偶極天線筒狀的下臂與同軸線外導(dǎo)體之間構(gòu)成長度為(

/4)的短路同軸線。

半波對稱振子下臂下端與饋電同軸線外導(dǎo)體外皮