【正文】 x?1E?2E?E?1?2?所以合場強大小不變，方向以角速度 旋轉(zhuǎn)，其箭點掃過的軌跡為一個半徑為 E的圓，即 E的端 點的軌跡是一個圓，這種波稱為圓極化波。天線的穩(wěn)態(tài)方向圖為一個圓，如圖 2―1―18 （ a）所示。為簡單起見，式（ 2―1―19 ）中忽略了滯后相位 kr。 第 2章 簡單線天線 則在振子組成的平面內(nèi)（ xOy平面內(nèi)） 的任意點上，兩個振子產(chǎn)生的場強分別為 (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 “ 8”字形，而在任一點處， E又是隨時間而變化的，變化周期為 ω。 圖 2―1―17 相互垂直的 兩個電基本振子 ?基 本 振子 1基 本 振子 2 設(shè)有兩個電基本振子在空間相互垂直放置，如圖 2―1―17 所示，饋給兩個振子的電流大小相等 I1=I2 ，相位相差 ζ=90176。 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圓 ， 從而保證各個方向都接收良好 。 此外 ， 在饋電時還要考慮到 “ 零點補充 ” 問題 ， 以免臨近電視臺的部分地區(qū)的用戶收看不好 。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。 當(dāng)天線架設(shè)高度過高時 ， 還需采用主波束的下傾方式 。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。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 。 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 。 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，形成一個生成元，然后用生成元對每個直線段進(jìn)行代 ，圖 2． 2所示是一種蕨類植物，它的每個枝權(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。圖 3． 1給出了夾角為 60。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。 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。 以增益最大為出發(fā)點進(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 。 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 。 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 。 )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代表作。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 。 V形振子的另一個臂的輻射場也可用上述方法求出 。r為坐標(biāo)原點到觀察點的距離 。 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 。 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 。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)。 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。 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 。 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?；\形天線用于移動式電臺是很不方便的，它在固定的通信臺站中應(yīng)用較多。 若取 a＝ 2mm， b＝ ， n＝ 8， 則 ae＝ ， 上述 64m雙極天線的特性阻抗為 。 為了減小天線的末端效應(yīng) ， 便于架設(shè) ， 振子的兩端也應(yīng)逐漸縮小 。 絕緣子 金屬環(huán)截面 A A ′ 2 bAA3 mll1ll22 b饋線l 1 ＝ 3 ～ 4 ml2＝ 1 m2 a第 2章 簡單線天線 由于籠形天線的直徑很大 ， 振子兩臂在輸入端有很大的端電容 ， 這樣將使天線與饋線間的匹配變差 。 天線臂通常由 6～ 8根細(xì)導(dǎo)線構(gòu)成 ， 每根導(dǎo)線直徑為 3～ 5mm， 籠形直徑約為 1～ 3m， 其特性阻抗為 250～ 400Ω。 顯然 ， 用這樣粗的銅管作天線是不現(xiàn)實的 。 然而 ， 單純用加粗導(dǎo)線直徑的辦法 ， 往往不實用 。 第 2章 簡單線天線 籠形天線 如前所述 ， 雙極天線的臂由單根導(dǎo)線構(gòu)成 ， 它的特性阻抗較高 ， 輸入阻抗在工作頻段內(nèi)變化較大 ， 饋線上的行波系數(shù)很低 。 因此 ， 不宜在大功率電臺或饋線很長的情況下使用 。 04 s inH ?? ?第 2章 簡單線天線 綜上所述 ， 雙極天線是一種結(jié)構(gòu)簡單 、 架設(shè)維護(hù)方便的弱方向性天線 ， 特別適用于半固定式短波電臺 。 方向上的輻射仍能達(dá)到最大方向的 ，即 Δ0仍處于天線的半功率角之內(nèi)，能夠滿足工作需要。 ，按 10MHz時的工作條件選擇 H=10m，該高度對于 3MHz來講只有 ，雖然此時天線的最大輻射方向指向 Δ=90176。幸好對于中、短距離（ r1000km），若工作波段不是過寬還是可以滿足的。 如果通信距離較遠(yuǎn)，則應(yīng)當(dāng)使天線的最大輻射方向 Δm1與所需的射線仰角 Δ0一致，根據(jù)式（ 2―1―6 ）計算天線架設(shè)高度 H，即 04 s i nH ???(2―1―12) 第 2章 簡單線天線 實際工作中往往使用寬波段，當(dāng)架設(shè)高度一定而頻率改變時，天線的最大輻射仰角會隨之改變，所選定的架設(shè)高度對某些頻率可能不適用。 如果通信距離在 300km以內(nèi) ， 可采用高射天線 ,通常取架設(shè)高度 H=(～ )λ。 例如 ,某單邊帶電臺的工作頻率為 2～ 30MHz， 由于波段較寬 ， 就配備兩副雙極天線 ， 在 2～ 10MHz時 ,使用 2l=2 22m的雙極天線；在 10～ 30MHz時 ， 使用 2l=2 12m的雙極天線 。同時當(dāng)l/λ太短時，天線輸入電阻太小，容抗很大，故與饋線匹配程度很差，饋線上的行波系數(shù)很低。 ? ?1 z 1VV? ??? ? ?m a x m a xm in m inVIVI? ??1 | | 11 | |???????1 | | 11 | |K??????m inm axVKV?補充 第 2章 簡單線天線 00 . 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 . 70 . 80 . 9K0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7l / ?Z0＝ 1000 ?Z0＝ 560 ?Z0＝ 460 ?Z0＝ 340 ?1 . 0圖 2―1―9 饋線上行波系 數(shù) K~l/λ關(guān)系曲線 (2) 從天線及饋電的效率考慮。 為保證在工作頻率范圍內(nèi) ， 天線的最大輻射方向不發(fā)生變動 ， 應(yīng)選擇振子的臂長 l， 其中 λmin為最短工作波長 ， 滿足此條件時 ， 最大輻射方向始終在與振子垂直 (即 φ=0176。當(dāng)H較低或地面不是理想導(dǎo)電地面時，天線的方向系數(shù)低于圖中的數(shù)值。對雙極天線而言，Rr=R11R12， R11是振子的自輻射電阻， R12是振子與其鏡像之間（相距 2H）的互輻射阻抗。Rr為天線的輻射阻抗 。 這也是欲在寬頻帶內(nèi)使用雙極天線時應(yīng)當(dāng)注意的問題 。圖 2―1―7 即是一副雙極天線的輸入阻抗隨頻率的變化曲線。地面對天線輸入阻抗的影響，可用天線的鏡像來代替，然后用耦合振子理論來計算。 04 s inH ???第 2章 簡單線天線 抗 為了使天線能從發(fā)射機或饋線獲得盡可能多的功率 ，要求天線必須與發(fā)射機或饋線實現(xiàn)阻抗匹配 ， 為此 ， 必須了解天線的輸入阻抗 。 應(yīng)該指出 , 上述分析 僅當(dāng)天線架設(shè)高度 H≥的。 (4)為保證天線在 φ=0176。 (2)天線架設(shè)不高 （ H/λ≤） 時 ,在高仰角方向輻射最強 ,因此這種天線可作 0～ 300km距離內(nèi)的偵聽 、 干擾或通信 ， 又由于高仰角的水平平面方向性不明顯 ， 因此對天線架設(shè)方位要求不嚴(yán)格 。 因此控制天線的長度 ， 可控制水平平面的方向圖 。 22c os ( c os si n ) c os( , ) 2 si n( si n )1 c os si nk l k lf k H?????? ? ???o90 c os 90 0o? ? ? ?第 2章 簡單線天線 綜合雙極天線垂直平面和水平平面方向圖的分析 ，可得如下重要結(jié)論： (1)天線的長度只影響水平平面方向圖 ， 而對垂直平面方向圖沒有影響 。 因此 ， 當(dāng)用雙極天線作高仰角輻射時 ， 振子架設(shè)的方位對工作影響不大 ， 甚至順著天線軸線方位仍能得到足夠強的信號 。 yAxOH???PP ′z第 2章 簡單線天線 (3)仰角越大時 ， 水平平面方向性越不顯著 。 方向輻射很少或沒有輻射。當(dāng)l/λ，最大輻射方向在φ=0176。 22c os ( c os si n ) c os( , ) 2 si n( si n )1 c os si nk l k lf k H?????? ? ???12 2 sinr r r H? ? ? ? ? ?（ H/λ為 參變量， H/λ 為某值時，因仰角△一定 ,φ變化時，故地面因子為一常數(shù)，只影響 大小 。 6 0o o oa b c? ? ? ? ? ?第 2章 簡單線天線 zxy??rHHI I?2 l1r2rr???由圖可以看出： (1) 雙極天線水平平面方向圖與架高 H/λ無關(guān)。 6 0o o oabc? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?2 0 。 圖 2― 1― 5 l/λ= O yx( a )O yx( b )yxO( c )