【文章內(nèi)容簡介】 子 金屬環(huán)截面 A A ′ 2 bAA3 mll1ll22 b饋線l1＝ 3 ～ 4 ml2＝ 1 m2 a圖 2― 1― 10 籠形天線結(jié)構(gòu)示意圖 第 2章 簡單線天線 其中 ， a為單根導(dǎo)線半徑； b為籠形半徑； n為構(gòu)成籠的導(dǎo)線根數(shù) 。 若取 a＝ 2mm， b＝ ， n＝ 8， 則 ae＝ ， 上述 64m雙極天線的特性阻抗為 。 籠形天線的方向性、尺寸的選擇都與雙極天線相同?；\形天線用于移動(dòng)式電臺是很不方便的，它在固定的通信臺站中應(yīng)用較多。 第 2章 簡單線天線 為了進(jìn)一步展寬籠形天線的工作頻帶 ， 可將籠形天線改進(jìn)為分支籠形天線 ， 如圖 2― 1― 11（ a） 所示 ， 其等效電路如圖2― 1― 11（ b） 所示 ， 開路線 3― 4― 6與短路線 3― 7― 4（ 分支 ） 有著符號相反的輸入阻抗 ， 調(diào)節(jié)短路線的長度 ， 即改變 3和4(參見圖 2― 1― 11(a))在籠形上的位置 ， 可以改善天線的阻抗特性 ， 展寬頻帶寬度 。 圖 2― 1― 11 分支籠形天線 (a)結(jié)構(gòu)示意圖； (b)等效電路 531 27 466571 23 4( b )( a )第 2章 簡單線天線 圖 2―1―12 籠形構(gòu)造的雙錐天線 除了采用加粗振子臂直徑的方法來展寬阻抗帶寬外，還可以將雙極天線的臂改成其它形式，如圖 2―1―12 所示的籠形構(gòu)造的雙錐天線、圖 2―1―13 所示的扇形天線等。在米波波段可應(yīng)用平面片形臂，如圖 2―1―14 所示。 電臺絕緣 子饋線ll 圖 2―1―13 扇形天線 圖 2―1―14 平面片形對稱振子 第 2章 簡單線天線 V形對稱振子 在第 1章我們學(xué)習(xí)了自由空間對稱振子 。 對于這種直線式對稱振子 ， 當(dāng) l/λ= ， 其方向系數(shù)達(dá)到最大值 Dmax=。 如果繼續(xù)增大 l，由于振子臂上的反相電流的輻射，削弱了θ=90176。 方向上的場，使該方向 圖 2―1―15 2 ?0l的方向系數(shù)下降。如果對稱振子的兩臂不排列在一條直線上，而是張開 2θ0，構(gòu)成如圖 2―1―15 所示的 V形對稱振子 (Vee Dipole)，則可提高方向系數(shù)。 第 2章 簡單線天線 V形天線的設(shè)計(jì)任務(wù)是選擇適當(dāng)?shù)膹埥?2θ0， 使得兩根直線段所產(chǎn)生的波瓣指向同一方向 。 如果希望 V形天線的最大輻射方向位于 V形平面的角平分線上 ， 則張角的最佳值是單根直線天線軸與其主瓣夾角的兩倍 。 為了求出 V形對稱振子的遠(yuǎn)區(qū)場 ， 首先考慮振子的一個(gè)臂 。 設(shè)線上電流按正弦分布 ， 仿照 過積分求對稱振子場的方法 ， 可求得這一駐波單導(dǎo)線的遠(yuǎn)區(qū)場為 co s13 0 co s co s s i n( , , )sinj klj krmI e kl j klE r j er??????????（ 2―1―15 ） 2 ?0l第 2章 簡單線天線 式中 ,Im為電流的波腹值 。l為導(dǎo)線長度 。r為坐標(biāo)原點(diǎn)到觀察點(diǎn)的距離 。θ為射線與導(dǎo)線軸之間的夾角 。 V形振子的另一個(gè)臂的輻射場也可用上述方法求出 。 在 V形振子張角平分線方向上 ， 即上式中 ,θ=θ0， 兩臂的輻射場振幅相等 、 相位相同 ， 疊加可得 V形振子角平分線上的輻射場為 0co s006 0 co s co s s i n( , , )sinj klj krmI e kl j klE r j er??????????（ 2―1―16 ） 兩臂電流方向相反 2 ?0l1E?2E?第 2章 簡單線天線 相應(yīng)地 ,可求出 V形振子角平分線方向上的方向系數(shù) ， 如圖 2― 1― 16所示 。對應(yīng)于最大方向系數(shù)的張角稱為最佳張角 2θopt， 一般來說 ， l/λ值愈大 ， 2θopt值 也 就 愈 小 。 對于≤l/λ≤ V形天線 ,有如下的經(jīng)驗(yàn)公式： 222 1 5 2( ) 3 8 8 3 2 4 0 .5 1 .52 1 1 .5 ( ) 7 0 .5 1 6 2 1 .5 3 .0optoptl l ll l l?? ? ??? ? ??? ? ? ? ? ????? ? ? ? ???（ 2―1―17 ） 012345678方向系數(shù)D20 40 60 80 100 120 140 160 180l / ? ＝ l / ? ＝ 2 ?0 / ( 176。 )圖 2―1―16 V 形振子的方向系數(shù) 上述 2θopt的單位以度表示 ,對應(yīng)的角平分線上的最大方向系數(shù)為 第 2章 簡單線天線 3． 2． 1 Koch分形天線 Koch曲線是 Helge Von Koch于 1904年構(gòu)造出的一種曲線，它是分形曲線的一個(gè)代表作。 Koch曲線的生成方法就是把 2 . 9 4 1 . 1 5 0 . 5 3llD ??? ? ? ?（ 2―1―18 ） 一般將臂長小于 V形天線稱為角形天線 ， 其特點(diǎn)是水平平面的方向性很弱 。 這種天線在短波通信中應(yīng)用亦較廣 ， 天線臂可做成籠形 ， 以增大阻抗工作頻帶寬度 。 第 3章還將介紹行波 V形天線 ， 線上電流按行波分布 ， 具有寬頻帶特性 。 對稱振子的兩臂除上述介紹的不排列在一條直線上的外 ，兩臂還可以是其它曲線的形狀 。 振子臂的幾何形狀由直線改變成曲線后 ， 可以取消振子可使用的長度受到 2l≤λ的限制；同時(shí) ,若曲線選擇得恰當(dāng) ， 則還可以降低旁瓣電平 ， 提高增益 。 以增益最大為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化可得出最佳形式的曲線 ， 高斯曲線就是其中的一種 。 但優(yōu)化曲線振子的曲線形狀復(fù)雜 ， 加工不便 ，增益對振子形狀敏感 。 分形 第 2章 簡單線天線 換，經(jīng) N次迭代就可得到 N階 Koch曲線。數(shù)學(xué)意義上的 Koch曲線是無窮次迭代的產(chǎn)物，稱作理想的 Koch分形曲線，它處處連續(xù)卻處處不可微。要把一副天線加工成這種理想的形狀當(dāng)然是不可能的，對于天線工程來說，我們只能加工成 Koch曲線的有限次迭代的形式。又稱做 Koch預(yù)分形天線。圖 3． 1給出了夾角為 60。時(shí) Koch曲線 (KL)的形成過程 (O階到 4階 )。 一條直線等分成三段，將中間的一段用具有一定夾角的兩條等長的折線段來代替，形成一個(gè)生成元，然后用生成元對每個(gè)直線段進(jìn)行代 ，圖 2． 2所示是一種蕨類植物，它的每個(gè)枝權(quán)在外形上與整體相同，僅僅在尺寸上小了一些，而枝權(quán)的枝杈又和整體相同，只是變得更加小了。 第 2章 簡單線天線 第 2章 簡單線天線 電視發(fā)射天線 電視所用的 1～ 12頻道是甚高頻 （ VHF） ， 其頻率范圍為~223MHz； 13～ 68頻道是特高頻 （ UHF） ， 其頻率范圍為470～ 958MHz。 由于電波主要以空間波傳播 ， 因而電視臺的服務(wù)范圍直接受到天線架設(shè)高度的限制 。 為了擴(kuò)大電視臺的服務(wù)區(qū)域 ， 一般天線要架設(shè)在高大建筑物的頂端或?qū)Ｓ玫碾娨曀?。這樣一來 ， 就要求它在結(jié)構(gòu) 、 防雷 、 防冰凌等方面滿足一定的要求 ， 必須承受一定的風(fēng)荷 。 電視演播中心及其發(fā)射中心一般在城市中央，為了增大服務(wù)范圍，要求天線在水平平面內(nèi)應(yīng)具有全向性。如果在城市邊緣的小山或高山上建臺，就應(yīng)考慮某些方向人口多，而某些方向人口少等問題；為了有效地利用發(fā)射功率，就必須考慮水平平面具有一定的方向性。而在垂直平面內(nèi)要有較強(qiáng)的方向性， 第 2章 簡單線天線 以便能量集中于水平方向而不向上空輻射 。 當(dāng)天線架設(shè)高度過高時(shí) ， 還需采用主波束的下傾方式 。 從極化考慮，為減小天線受垂直放置的支持物和饋線的影響，減小工業(yè)干擾，并且架設(shè)方便，應(yīng)采用水平極化波。因此，電視發(fā)射天線都是與地面平行即水平架設(shè)的對稱振子及其變型。 另外 ， 因?yàn)槿藗兊囊曈X要比聽覺靈敏得多 （ 人眼對光的延遲和相位失真的感覺要比耳朵對聲音靈敏得多 ） ， 所以對電視在電特性方面的要求比一般電聲廣播要高 ， 因而要求天線要有足夠帶寬 ， 并要滿足對駐波比的要求 ， 以保證天線與饋線處于良好的匹配狀態(tài) 。 此外 ， 在饋電時(shí)還要考慮到 “ 零點(diǎn)補(bǔ)充 ” 問題 ， 以免臨近電視臺的部分地區(qū)的用戶收看不好 。 以上這些特點(diǎn)除了要求電視發(fā)射天線功率大、頻帶寬、 水平極化 , 還要求天線在水平面內(nèi)無方向性 , 而在鉛垂平面有較強(qiáng)的方向性。 第 2章 簡單線天線 對于電視及調(diào)頻廣播發(fā)射天線 ， 要求它為水平平面全向天線 ， 即水平平面的方向圖近似一個(gè)圓 ， 從而保證各個(gè)方向都接收良好 。為得到近似于圓的水平方向圖 ， 可以采用旋轉(zhuǎn)場天線 (Turnstile Antenna)。 圖 2―1―17 相互垂直的 兩個(gè)電基本振子 ?基 本 振子 1基 本 振子 2 設(shè)有兩個(gè)電基本振子在空間相互垂直放置，如圖 2―1―17 所示，饋給兩個(gè)振子的電流大小相等 I1=I2 ，相位相差 ζ=90176。 ， PyzxI1??OI2 下面先以電基本振子組成的旋轉(zhuǎn)場天線為例，說明它的工作原理。 第 2章 簡單線天線 則在振子組成的平面內(nèi)（ xOy平面內(nèi)） 的任意點(diǎn)上，兩個(gè)振子產(chǎn)生的場強(qiáng)分別為 (2―1―19) 11 60 si n j k r j tIlE e er??? ????? ?? ?9021290160 60si n 90 c os60c osoojo j k r j t j k r j tjtj k rI l I l eE e e e errIleer?????????????????? ? ??90 o ??1E ?2E ?O1I2Iyx?瞬時(shí)值表式： 12 c os c ossi n c osc os si n2AtAtAt?? ???????????? ? ? ?????eEe第 2章 簡單線天線 由式（ 2―1―20 ）可見，在某一瞬間（如 t=0），在振子所在平面內(nèi)的方向圖為一個(gè) “ 8”字形，而在任一點(diǎn)處， E又是隨時(shí)間而變化的，變化周期為 ω。也就是說，在任何瞬間，天線在該平面內(nèi)的方向圖為 “ 8”字形， 其中 A是與傳播距離、電流和振子電長度有關(guān)而與方向性無關(guān)的一個(gè)因子。為簡單起見，式（ 2―1―19 ）中忽略了滯后相位 kr。在兩振子所處的平面內(nèi)，兩振子輻射電場方向相同，所以總場強(qiáng)就是兩者的代數(shù)和，即 ? ?12 s in c o s c o s s ins inA t AAtt???? ? ? ???? ? ???E E eE e=e(2―1―20) 第 2章 簡單線天線 在與兩個(gè)振子相垂直的中心軸上 ， 但這個(gè) “ 8”字形的方向圖隨著時(shí)間的增加，圍繞與兩振子相垂直的中心軸以角頻率 ω旋轉(zhuǎn)，故這種天線稱為旋轉(zhuǎn)場天線。天線的穩(wěn)態(tài)方向圖為一個(gè)圓，如圖 2―1―18 （ a）所示。 90o??11160 s in j k r j t j tIlE e e A er???? ?????? ? ? ?90212 2 290 901260 60si n si n60si nooojj k r j t j k r j tj t j tj k rI l I l eE e e e errIle e Aer???????????????????????瞬時(shí)值表式： 1 1 1 12 2 2 2sin c os c ossin c os sin2A t A tA t A t????? ? ??? ? ?????? 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