天線與電波-第四章-免費閱讀
【正文】 第 4章 非頻變天線 圖 4―4―10 梯形片齒結(jié)構(gòu)對數(shù)周期天線 ??R1R2第 4章 非頻變天線 圖 4―4―11 梯形線齒結(jié)構(gòu)對數(shù)周期天線 R1R2a第 4章 非頻變天線 圖 4―4―12 三角形線齒結(jié)構(gòu)對數(shù)周期天線 R1R2?第 4章 非頻變天線 圖 4―4―13 振子形結(jié)構(gòu)對數(shù)周期天線 第 4章 非頻變天線 所有對數(shù)周期天線都不是整個結(jié)構(gòu)同時對輻射作出貢獻 ， 因而實際上是犧牲了部分天線增益來換取天線的寬帶特性 。 第 4章 非頻變天線 圖 4―4―9 垂直極化短波對數(shù)周期短波天線 第 4章 非頻變天線 其它形式的對數(shù)周期天線 對數(shù)周期天線是一種頻帶很寬的天線。 對數(shù)周期振子陣天線在短波波段也得到了應(yīng)用。 方向圖的波束寬度一般都是幾十度 ， 方向系數(shù)或天線增益也只有 10dB左右 ， 屬于中等增益天線范疇 。 另外 ， 由該圖還可以看出 ， 對數(shù)周期振子陣天線的 E面方向圖總是較 H面的要窄一些 。270176。f＝ 2 0 0 M H zG ＝ 8 . 7 5 d BZin＝ 69 － j7120176。 當(dāng)高頻能從天線饋電點輸入以后 ， 電磁能將沿集合線向前傳輸 ， 傳輸區(qū)的那些振子 ， 電長度很小 ， 輸入端呈現(xiàn)較大的容抗 ， 因而它們輸入端的電流很小 ， 它們的主要影響相當(dāng)于在集合線的對應(yīng)點并聯(lián)上一個個附加電容 ， 從而改變了集合線的分布參數(shù) ， 使集合線的特性阻抗降低 （ 傳輸線的特性阻抗與分布電容的平方根成反比 ） 。 在 “ 非激勵區(qū) ” ， 由于輻射區(qū)的對稱振子處于諧振狀態(tài) ， 振子的激勵電流很大 ， 已將傳輸線送來的大部分能量輻射出去 ， 能夠傳送到非激勵區(qū)的能量剩下很少 ， 所以該區(qū)的對稱振子激勵電流也就變得很小 ， 這種現(xiàn)象就是前面提到的 “ 電流截斷 ” 現(xiàn)象 。 第 4章 非頻變天線 圖 4―4―2 給出 τ=， σ=，工作頻率為200~600MHz的對數(shù)周期振子陣天線在頻率分別為200 ,300 ,600MHz時各振子激勵電流的分布情況。 如果我們把 τ取得十分接近于 1， 則能滿足以上要求的天線的工作頻率就趨近連續(xù)變化 。 第 4章 非頻變天線 對數(shù)周期振子陣天線的工作原理 對數(shù)周期振子陣天線具有極寬的工作帶寬 ， 達到10∶ 1或更寬一些 。 例如圖 4― 4― 6所示的對數(shù)周期振子陣天線是用同軸電纜作饋線的 ，但在給各振子饋電時轉(zhuǎn)換成了平行雙導(dǎo)線 。 第 4章 非頻變天線 對數(shù)周期振子陣天線的結(jié)構(gòu) 對數(shù)周期振子陣天線的結(jié)構(gòu)如圖 4― 4― 1所示 。 換句話說，天線主要輻射是集中在周長約等于 λ的螺旋環(huán)帶上，稱之為有效輻射帶。 天線的兩個螺旋臂方程分別是 1020 ()rrrr???? ?????（ 4― 3― 1） 式中 r0對應(yīng)于 υ=0rad的矢徑。 在許多實用情況下 ， 軸比小于等于 2的典型值發(fā)生在全臂長約為一個波長時 。 若設(shè) θ為天線平面的法線與射線之間的夾角 ， 則方向圖可近似表示為 cosθ，半功率波瓣寬度近似為 90176。如果取 δ＝π/2，天線的金屬臂與兩臂之間的空氣縫隙是同一形狀，稱為自補結(jié)構(gòu)。非頻變天線主要應(yīng)用于 10～ 10000MHz頻段的諸如電視、定點通信、反射面和透鏡天線的饋源等方面。 要滿足 “ 角度條件 ” ， 天線結(jié)構(gòu)需從中心點開始一直擴展到無限遠 。 若天線的阻抗特性和方向性能在一個更寬的頻率范圍內(nèi) （ 例如頻帶寬度為10∶ 1或更高 ） 保持不變或稍有變化 ， 則把這一類天線稱為非頻變天線 (Frequency Independent Antenna)。 第 4章 非頻變天線 非頻變天線概念是由拉姆西（ ）于 1957年提出的，使天線的發(fā)展產(chǎn)生了一個突破，可將帶寬擴展到超過 40∶ 1，在此之前，具有寬頻帶方向性和阻抗特性的天線其帶寬不超過 2∶ 1。 第 4章 非頻變天線 2. 終端效應(yīng)弱 實際天線的尺寸總是有限的 ， 與無限長天線的區(qū)別就在于它有一個終端的限制 。 第 4章 非頻變天線 平面等角螺旋天線 平面等角螺旋天線的結(jié)構(gòu)和工作原理 圖 4―2―1 為平面等角螺旋天線 (Planar Equiangular Spiral Antenna)示意圖，是 天線，雙臂用金屬片制成，具有對稱性，每一臂都有兩條邊緣線，均為等角螺旋線。 第 4章 非頻變天線 當(dāng)兩臂的始端饋電時 ， 可以把兩臂等角螺旋線看成是一對變形的傳輸線 ， 臂上電流沿線邊傳輸 ， 邊輻射 ， 邊衰減 。 。 極化旋向與螺旋線繞向有關(guān) ， 例如 ， 圖 4― 2― 1所示平面等角螺旋天線沿紙面對外的方向輻射右旋圓極化波 ， 沿相反方向輻射左旋圓極化波 。這一天線的性能基 本上與等角螺旋天線類似。隨著頻率的變化，有效輻射帶也隨之變化，故阿基米德螺旋天線具有寬頻帶特性。 它由若干個對稱振子組成 ， 在結(jié)構(gòu)上具有以下特點： （ 1）所有振子尺寸以及振子之間的距離等都有確定的比例關(guān)系。 作為整個天線系統(tǒng)的饋電線是同軸線 ， 而直接與各振子連接的則是 “ 集合線 ” 。 可以從概念上這樣來理解它的工作原理 。 假如天線的幾何結(jié)構(gòu)為無限大 ， 那么該天線的工作頻帶就可以達到無限寬 。該圖說明在不同頻率時確實有相應(yīng)的部分振子得到較強的激勵，超過該區(qū)域以后的較長振子的激勵電流很快地受到 “ 截斷 ” 。 由于振子的激勵電流很小 ， 對外輻射自然也很弱 。 第 4章 非頻變天線 輻射區(qū)是集合線的主要負載 ， 由集合線送來的高頻能量幾乎被輻射區(qū)的振子全部吸收 ， 并轉(zhuǎn)向空間輻射 。150176。240176。 這是合理的 ， 因為單個振子在 H面內(nèi)沒有方向性而在 E面卻有一定的方向性 。 第 4章 非頻變天線 和引向天線相似 ， 對數(shù)周期振子陣天線也是線極化天線 。圖 4―4―7 為一種水平振子式短波對數(shù)周期天線(Horizontal Dipole Short Wave LPD)，它的陣面對地面傾斜 Ψ角，且短振子一端高度較低。除了前面講過的對數(shù)周期振子陣天線以外，還有其它許多成功的形式。 正因為對數(shù)周期天線的方向圖較寬 ，增益不很高 ， 實際工作中除了單獨作天線使用之外 ，有時也利用它的寬帶特性作為反射面天線的饋源 （ 參看反射面天線有關(guān)內(nèi)容 ） 。 再讓 2Ψ=0
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