《電磁場與電磁波》課件-9.5節(jié)

9.5對稱振子天線與天線陣

對稱振子(dipole)天線是由兩根粗細(xì)和長度都相同的導(dǎo)線構(gòu)成，中間為兩個(gè)饋電端如圖所示。這是一種得到廣泛應(yīng)用且結(jié)構(gòu)簡單的基本線天線。~~對稱振子電流分布按正弦駐波分布細(xì)振子天線可看成是開路傳輸線逐漸張開而成1.對稱振子的輻射令振子沿z軸放置，其上的電流分布為：

其中，

為相移常數(shù)。

在距中心點(diǎn)為z處取電流元dz段，則它對遠(yuǎn)區(qū)場的貢獻(xiàn)為：

選取振子的中心與球坐標(biāo)系的原點(diǎn)重合，上式中的r'與從原點(diǎn)算起的r稍有不同。

在遠(yuǎn)區(qū)

，由于r

>>h，因此有：細(xì)振子天線的輻射場為

其中，

F(

)

是對稱振子的E面方向函數(shù)，它描述了歸一化遠(yuǎn)區(qū)電場

E

隨角度

的變化規(guī)律!

對稱振子h/=0.25~2時(shí)，其E面方向圖

z可以得到什么結(jié)論？對稱振子天線立體方向圖四種不同電長度的對稱振子天線歸一化方向圖

全波振子2h/

=12h/

=22h/

=1.5半波振子2h/

=0.5由于

F(

)

不依賴于

，所以H面的方向圖為圓。

2.半波振子(2h=0.5

half-wavedipole)的方向性

半波振子的E面方向圖函數(shù)

半波振子的方向系數(shù)

結(jié)論半波振子的方向性比電基本振子的(方向系數(shù)1.5,主瓣寬度為90°)方向性稍強(qiáng)一些。為了加強(qiáng)天線的方向性，可以用若干天線單元按某種方式排列構(gòu)成天線陣。3.陣列天線

由若干輻射單元按某種方式排列所構(gòu)成的系統(tǒng)稱為天線陣(antennaarrays)。構(gòu)成天線陣的輻射單元稱為天線元或陣元。將形狀與尺寸相同、且以相同姿態(tài)排列的各陣元稱為相似元。

對稱振子天線元~~~~~(1)二元陣

(two-elementlineararray)設(shè)天線陣是由間距為d并沿z軸排列的兩個(gè)相同的天線元所組成。天線元由振幅相等的電流所激勵(lì)，但天線元2的電流相位超前天線元1的角度為

，它們的遠(yuǎn)區(qū)電場是沿

方向的，于是：

將上面兩式相加得二元陣的輻射場為：

由于觀察點(diǎn)通常離天線相當(dāng)遠(yuǎn)，故可認(rèn)為自天線元1和2至點(diǎn)M的兩射線平行，所以r1與r2的關(guān)系可寫成：因此，二元陣輻射場的電場強(qiáng)度為二元陣的輻射場式中，Em是電場強(qiáng)度振幅；

F(

,

)是各天線元本身的方向圖函數(shù)，稱為元因子(elementpattern)；

cos(

/2)稱為陣因子(arrayfactor)。二元陣輻射場的電場強(qiáng)度

(a)在各天線元為相似元的條件下，天線陣的方向圖函數(shù)是單元因子與陣因子的乘積，這個(gè)特性稱為方向圖乘積定理(patternmultiplication)。(b)元因子

F(

,

)表示組成天線陣的單個(gè)輻射元的方向圖函數(shù)，僅取決于天線元本身的型式和尺寸。它體現(xiàn)了天線元的方向性對天線陣方向性的影響。(c)陣因子??

cos(

/2)表示各向同性元所組成的天線陣的方向性，取決于天線陣的排列方式及其天線元上激勵(lì)電流的相對振幅和相位，與天線元本身的型式和尺寸無關(guān)。結(jié)論(2)多元直線陣(uniformlineararrays)

N個(gè)天線元沿x軸排成一行，且各陣元間距相等、相鄰陣元之間相位差為

，因?yàn)樘炀€元的型式與排列方式相同，天線陣方向圖函數(shù)等于元因子與陣因子的乘積。我們將主要討論陣因子：

123

Nxdd

1）N元均勻直線陣的輻射場在上式中令

=

/2得H平面方向圖函數(shù)即陣因子方向函數(shù)為：

式中，

上式右邊的多項(xiàng)式是一等比級數(shù)，其和為

均勻直線陣的歸一化陣因子的一般表示式

!2）兩種典型陣列均勻直線陣的最大值發(fā)生在

=0，或kdcos

m+

=0時(shí)，由此得出：

(a)邊射陣(broadsidearray)

最大輻射方向在垂直于陣軸方向上，即

m=±

/2，此時(shí)

=0，這就是說，在垂直于陣軸方向上，各元到觀察點(diǎn)沒有波程差，所以各元電流不需要有相位差。天線陣的最大輻射方向在垂直于陣軸方向上，我們稱這種天線陣為邊射式天線陣。

(b)端射陣(end-firearray)

最大輻射方向在陣軸方向上，即

m=0或

，此時(shí)

=–kd或

=kd，也就是說，陣的各元電流沿陣軸方向依次滯后kd。天線陣的最大輻射方向在天線陣軸方向上，我們稱這種天線陣為端射式天線陣。

多元天線陣方向圖八元均勻邊射陣和端射陣xx陣軸方向陣軸方向邊射陣端射陣天線單元相位變化時(shí)的方向圖

直線陣相鄰元電流相位差

的變化，引起方向圖最大輻射方向相應(yīng)變化。如果

隨時(shí)間按一定規(guī)律重復(fù)變化，最大輻射方