第八章-行波天線講課稿

1、天線原理講義郭景麗鄒艷林第八章行波天線什么是行波天線？用一句通俗的話說就是 “波 ”在天線上以行波方式傳播的天線。在窄帶線天線中， 電流從饋電點流向天線的末端，產(chǎn)生反射并在線天線上建立起駐波型的電流分布。偶極子天線上的電流可以近似為LI m(ej( L - z )- e- j( L - z ) ， z m裂為兩個瓣；若 0 6，尺寸太大，難以架設(shè)。理論分析與實踐表明，把天線尺寸縮短到 2 / 3 1/ 2 ，增益下降并不多，因此實際工程中往往采取限定l，再由 l 和 來確定 0 ，天線的架設(shè)高度 h 仍用 (8-26)式，這樣的方法稱為折衷法。11西安電子科技大學(xué)方向性系數(shù)與增益天線方向函數(shù)表

2、述了天線的重要性能，前面從菱形天線方向性函數(shù)出發(fā)，介紹了菱形天線尺寸的確定。 方向性系數(shù)與增益也是菱形天線的重要指標。根據(jù)定義和方向函數(shù)可以求出方向性系數(shù)和增益計算式。位于地面上的菱形天線，方向性系數(shù)為：7680cos2 0sin4klcos sin2(khsin )(8-30)D0 =2(1 - sin0Rr (1- sin0 cos )2式中， Rr 為天線輻射電阻。通常導(dǎo)線損耗比輻射損耗小得多，可忽略不計，工程上近似認為菱形天線輻射電阻 Rr 等于四個臂輻射電阻之和。若不考慮各邊的互阻抗時，由 (8-13)式乘以 4， Rr 近似為：Rr = 240?ln(2kl )- Ci(2kl )

3、+ sin(2kl ) - 0.423?(8-31)?2kl?當 l / 6 時，鈍角 0 也較大，需要考慮各邊耦合效應(yīng)的影響，這時Rr 可用下式計算：()cos2(8-32)Rr =240 ln 20+0.5772kl天線增益等于主瓣方向性系數(shù)與效率的乘積，即G = a D 。 a 為天線效率。實踐中，通常應(yīng)考慮輻射損耗并認為天線處于匹配狀態(tài)，這時a1exp( 4l )(8-33)-r式中， r Rr /( 4lzc ) ， zc 為菱形天線的特性阻抗，一般采用它的平均特性阻抗，為Zc =120ln( 2 /a)-1+ln(cos)(8-34)l0式中， a 為導(dǎo)線半徑。菱形天線一般有30%

4、40%的功率消耗在終端電阻中，特別是作為大功率電臺的發(fā)射天線， 終端電阻必須能承受足夠大的功率，通常用幾百米長的二線式鐵線來代替。鐵線的特性阻抗等于天線的特性阻抗，它沿著菱形天線的長對角線的方向平行地架設(shè)在天線下面。鐵線的長度取決于線上電流的衰減情況，例如取300 500m 長，可以使鐵線末端電流衰減到始端電流的20%30%，這樣菱形天線上反射波就很微弱了。 鐵線末端接碳質(zhì)電阻或短路后接地，這樣也起避雷的作用。菱形天線的方向性系數(shù)可達 100 左右，由于終端有負載電阻吸收能量， 故菱形天線效率為 50%80%左右，致使其增益比方向性系數(shù)低 1.5dB3dB。12天線原理講義郭景麗鄒艷林優(yōu)缺點及

5、其變形菱形天線的主要優(yōu)點是：（1）結(jié)構(gòu)簡單，造價低，維護方便；（2）方向性強，適合于短波遠距離定點通信；（3）頻帶寬，工作帶寬可達（2 3） 1；（4）功率容量大，可應(yīng)用于較大的功率，因為天線上駐波成分很小，因此不會發(fā)生電壓或電流過大的問題。菱形天線的主要缺點是： 結(jié)構(gòu)龐大，場地大， 只適用于大型固定電臺作遠距離通信使用；副瓣多，副瓣電平較高；效率低。為了改善菱形天線的特性參數(shù)，可采用各種變形的菱形天線，雙菱天線是其中的一種。它是由兩個水平菱形天線組成的，如圖8.13 所示，菱形對角線之間的距離 d 0.8，其方向函數(shù)表達式為f2( ,? ) = f 1( , ? ) cos(kd cos s

6、in? )(8-31)2式中 f1 ( ,? ) 是單菱形天線的方向函數(shù)表達式。雙菱天線的旁瓣電平比單菱形天線低，增益系數(shù)約為單菱形天線的 1.52 倍。為了進一步改善菱形天線的方向性，可以將兩副雙菱天線并聯(lián)同相饋電， 它的增益和天線效率可以比雙菱天線增加 1.72 倍，其缺點是占地面積太大。d接終端負載圖 8.13 雙菱天線由于菱形天線兩線之間的距離是變化的，故菱形線上各點的特性阻抗不等，在天線輸入端和終端的銳角處特性阻抗約為600800，在中間部分的鈍角處特性阻抗變大，約為1000左右。各點特性阻抗的不均勻性引起天線上局部的反射，從而破壞行波狀態(tài)。為了使特性阻抗變得均勻些，一般采用三線或兩線作為天線臂，在銳角端導(dǎo)線仍絞合在一起， 在鈍角處將導(dǎo)線沿支桿分開一定距離 （如圖 8.14），相等于增加了導(dǎo)線的截面從而降低其特性阻抗，天線沿線的阻抗均接近 600（三線）或 700