【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ??H HH( d )( c )( b )( a )第 8章 線天線 2022年周曉為修訂 ????? s i nc os)c osc os (60 hherIjE j k rm ?? ?式中 ， β=k= ； Im為波腹點(diǎn)電流 , 工程上常采用輸入電流表示 。 波腹點(diǎn)電流與輸入點(diǎn)電流 I0的關(guān)系為 : I0=Imsink(h0)=I0 ??2 架設(shè)在地面上的線天線的兩個(gè)主平面方向圖一般用水平平面和鉛垂平面來(lái)表示 , 當(dāng)仰角 Δ及距離 r為常數(shù)時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度隨方位角 θ的變化曲線即為水平面方向圖 。 當(dāng)方位角 θ及距離 r為常數(shù)時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度隨仰角 Δ的變化曲線即為鉛垂面方向圖 。 第 8章 線天線 2022年周曉為修訂 參看圖 8 21(b)將 θ=90Δ及式 （ 8 3 2） 都代入式 （ 8 3 1）得架設(shè)在理想導(dǎo)電平面上的單極天線的方向函數(shù) : 由上式可見 , 單極天線水平面方向圖仍然為圓 。 圖 8 22 給出了四種不同的 h/λ的鉛垂平面方向圖 。 由圖 8 22 可見 , 當(dāng) 逐漸增大時(shí) , 波瓣變尖 。 當(dāng) , 出現(xiàn)旁瓣 。 當(dāng) 繼續(xù)增大時(shí) , 由于天線上反相電流的作用 , 沿Δ=0176。 方向上的輻射減弱 。 因此實(shí)際中一般取 為 。 ?????c osc os)s i nc os ()( khkhF?h ?h?h?h第 8章 線天線 2022年周曉為修訂 圖 822 單極天線鉛垂平面方向圖 （ a) 43)(。32)(。21)(。41 ????????hdhchbh 0 .2 5 0 .5 0 .7 5 1( a )30 176。60 176。120 176。240 176。 300 176。330 176。150 176。210 176。90 176。180 176。270 176。0 176。 0 .5 1 1 .5 2( b )30 176。60 176。120 176。240 176。 300 176。330 176。150 176。210 176。270 176。0 176。90 176。180 176。 0 .5 1 1 .5( c )120 176。330 176。30 176。60 176。150 176。240 176。210 176。300 176。0176。90176。180 176。270 176。( d )120 176。330 176。30 176。60 176。150 176。240 176。210 176。300 176。0176。90176。180 176。270 176。 0 .6 9 9 1 6 1 .3 9 8 3第 8章 線天線 2022年周曉為修訂 當(dāng)然 , 實(shí)際上大地為非理想導(dǎo)電體 。 也就是說(shuō) , 實(shí)際架設(shè)在地面上的單極天線方向圖與上述方向圖有些差別 , 主要是因?yàn)榧茉O(shè)在地面上單極天線輻射的電磁場(chǎng)以地面波方式傳播 。 因此準(zhǔn)確計(jì)算單極天線的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)應(yīng)考慮地面的影響 , 也就是應(yīng)按地波傳播的方法計(jì)算輻射場(chǎng) 。 2) 在第 6章中介紹的有效長(zhǎng)度 , 對(duì)于直立天線而言就是有效高度 , 它是一個(gè)衡量單極天線輻射強(qiáng)弱的重要的電指標(biāo) 。 設(shè)天線歸為輸入點(diǎn)的電流表達(dá)式為 第 8章 線天線 2022年周曉為修訂 )(s i ns i n)(s i n)( 0 zhkkhIzhkIzI m ????根據(jù)等效高度的定義 , 可求得歸于輸入點(diǎn)電流的有效高度為 ?? he in dzzIhI 00 )(將式 （ 8 3 4） 代入上式即得 khkkhhe in s i nc o s1 ??若 hλ, 則有 22tan1 hkhkh e in ?? 可見 , 當(dāng)單極天線的高度 hλ時(shí) , 其有效高度約為實(shí)際高度的一半 。 第 8章 線天線 2022年周曉為修訂 NO ［ 例 8 8］ 直立接地振子的高度 h=15m, 當(dāng)工作波長(zhǎng)λ=450 m時(shí) , 求此天線的有效高度及輻射電阻 。 若歸于輸入電流的損耗電阻為 5Ω, 求天線的效率 。 解 : 天線上電流分布為 I(z)=Im sink(hz) 根據(jù)有效高度的定義有 Imhein= 天線的有效高度為 ?? ?? h mh dzzhkIdzzI 00 )(s i n)( ??? ???? hkhkh e i n第 8章 線天線 2022年周曉為修訂 在無(wú)限大理想導(dǎo)電地面上的單極天線的輻射電阻的求法與自由空間對(duì)稱振子的輻射電阻求法完全相同 。 但單極天線的鏡像部分并不輻射功率 , 因此其輻射電阻為同樣長(zhǎng)度的自由空間對(duì)稱振子輻射電阻的一半 。 根據(jù)上述分析和式（ 8 1 6） , 單極天線的輻射功率為 ?? ? ? ddFIp m ???? ? ?? c os)(215 220 02所以單極天線的輻射電阻為 20 c o s15c o s)s i n15c o s (30 ?????????R第 8章 線天線 2022年周曉為修訂 用 MATLAB編程計(jì)算得 RΣ=(Ω) 可見 , 當(dāng)天線高度 hλ時(shí) , 輻射電阻是很低的 。 根據(jù)效率的定義有 % 1???????RRR? 可見 , 單極天線的效率也很低 。 3) 由于單極天線的高度往往受到限制 , 輻射電阻較低 , 而損耗電阻較大 , 致使天線效率很低 , 因此提高單極天線的效率是十分必要的 。 從前面的分析可知 , 提高單極天線效率的方法有二 : 一是提高輻射電阻 。 二是降低損耗電阻 。 第 8章 線天線 2022年周曉為修訂 (1) 提高輻射電阻可采用在 頂端加容性負(fù)載 和在天線中部或底部加感性負(fù)載的方法 , 這些方法都提高了天線上電流波腹點(diǎn)的位置 , 因而等效為增加了天線的有效高度 , 如圖 8 23 所示 。 單極天線頂端的線 、 板等統(tǒng)稱為 頂負(fù)載 。 它們的作用是使天線頂端對(duì)地的分布電容增大 。 分析加頂天線 ,可以將頂端對(duì)地的分布電容等效為一線段 。 設(shè)頂電容為 Ca, 天線的特性阻抗為 , 其等效的線段高度為 h′, 則根據(jù)傳輸線理論有 0Z第 8章 線天線 2022年周曉為修訂 圖 8 23加頂單極天線 (a)T形天線； (b) 倒 L形天線 。 (c) 傘形天線； (d) 帶輻射葉形、圓盤形、球形天線 ( d )( c )( b )( a )第 8章 線天線 2022年周曉為修訂 awChkZ 1c ot0 ??awczar ckh01c ot1??設(shè)天線加頂后虛高為 h0=h+h′ 此時(shí)天線上的電流分布為 )(s i ns i n)( 0 zhkklIZI o ??天線的有效高度為 000 s i n)2(s i n2)(1khkhhkdzzIIhhoe i n???? ?第 8章 線天線 2022年周曉為修訂 當(dāng) hλ時(shí) , 加頂后 , 天線歸于輸入點(diǎn)電流的有效高度為 hhhhh e in )21(0???? 可見 , 天線加頂后的有效高度提高了 , 從而天線的效率也隨之提高 。 (2) 單極天線銅損耗和周圍介質(zhì)損耗都相對(duì)不大 , 主要損耗來(lái)自于接地系統(tǒng) 。 通常認(rèn)為 接地系統(tǒng)的損耗 主要是由兩個(gè)因素引起的 : 其一是天線電流經(jīng)地面流入接地系統(tǒng)時(shí)所產(chǎn)生的損耗 ——電場(chǎng)損耗 , 另一是天線上的電流產(chǎn)生磁場(chǎng) 。 第 8章 線天線 2022年周曉為修訂 根據(jù)邊界條件 , 磁場(chǎng)作用在地表面上 , 地表面將產(chǎn)生徑向電流 , 此電流流過(guò)有耗地層時(shí)將產(chǎn)生損耗 ——磁場(chǎng)損耗 。 而對(duì)于電高度較小的直立天線而言 , 磁場(chǎng)損耗將是主要的 , 一般采用在天線底部加輻射狀地網(wǎng)的方式減小這一損耗 。 總的來(lái)說(shuō) , 單極天線的方向增益較低 。 要提高其方向性 , 在超短波波段也可以采用在垂直于地面的方向上排陣 , 這就是直立共線陣 , 有關(guān)這方面的知識(shí) （ 類似于天線陣的分析 ） 本書從略 。 2. 水平振子天線經(jīng)常 應(yīng)用于短波通信 、 電視或其它無(wú)線電系統(tǒng)中 , 這主要是因?yàn)?: 第 8章 線天線 2022年周曉為修訂 ① 水平振子天線架設(shè)和饋電方便 。 ② 地面電導(dǎo)率的變化對(duì)水平振子天線的影響較直立天線小 。 ③ 工業(yè)干擾大多是垂直極化波 , 因此用水平振子天線可減小干擾對(duì)接收的影響 。 1) 水平振子天線又稱雙極天線 （ π形天線 ） ,其結(jié)構(gòu)如圖 8 24 所示 。 振子的兩臂由單根或多股銅線構(gòu)成 , 為了避免在拉線上產(chǎn)生較大的感應(yīng)電流 , 拉線的電長(zhǎng)度應(yīng)較小 , 臂和支架采用高頻絕緣子隔開 , 天線與周圍物體要保持適當(dāng)距離 , 饋線采用 600 Ω的平行雙導(dǎo)線 。 第 8章 線天線 2022年周曉為修訂 圖 8 – 24 水平振子天線結(jié)構(gòu) h絕緣子饋線h第 8章 線天線 2022年周曉為修訂 與直立天線的情況類似 , 無(wú)限大導(dǎo)電地面的影響可用水平振子天線的鏡像來(lái)替代 , 因此 , 架設(shè)在理想導(dǎo)電地面上的水平振子天線的輻射場(chǎng)可以用該天線及其鏡像所構(gòu)成的二元陣來(lái)分析； 但應(yīng)注意該二元陣的兩天線元是同幅反相的 , 如果地面上的天線相位為零 , 則其鏡像的相位就是 π, 如圖 8 25 所示 。 于是此二元陣的合成場(chǎng)為 )(s i n c os)c osc os (602)(12121rerekhkhIjEEE krjj k rm??? ??? ????? 其中 , ψ是射線與振子軸線即 y軸之間的夾角 , 參看圖 8 22。 在球坐標(biāo)系中有 第 8章 線天線 2022年周曉為修訂 2 hz rrry?O??－ IHH Ix?圖 825 水平對(duì)稱振子的輻射場(chǎng) 1 2 第 8章 線天線 2022年周曉為修訂 cosψ=yr=y(x sinθcosθ+ysinθsinθ+z cosθ) =sinθsinθ (8 3 15) 又因?yàn)? θ=90176。 Δ (8 3 16) 因而有 cosψ=cosΔsinθ, sinψ= (8 3 17) 2)s i n( c o s1 ???同樣 ， 下面來(lái)介紹兩個(gè)主平面的方向圖 。 (1） 在 θ=90176。 的鉛垂平面 , 遠(yuǎn)區(qū)輻射場(chǎng)有下列近似關(guān)系 : 在幅度項(xiàng)中 , 令 r1=r2=r (8 3 18) 第 8章 線天線 2022年周曉為修訂 在相位項(xiàng)中 , r1≈rH sinΔ (8 3 19) r2≈r+H sinΔ (8 3 20) 將上述各式都代入式 （ 8 3 14） , 得架設(shè)在理想導(dǎo)電地面上的水平振子天線的輻射場(chǎng)為 )s i ns i n(2s i n c os)c osc os (60 ??? ?????kHjkhkhreIjEj k rm所以 θ=90176。 的鉛垂平面方向函數(shù) )s i ns i n(s i n c os)c osc os ()( ??? ???? kHkhkhF第 8章 線天線 2022年周曉為修訂 同理可得 θ=0176。 的鉛垂平面方向函數(shù) : |F′(