【正文】 , 天線的物理尺寸相對比較大, 采用集總加載的方法是比較方便和容易實(shí)現(xiàn)的,同時(shí)使天線具有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,不易折斷損壞等。分布加載通常是由導(dǎo)電介質(zhì)按照一定規(guī)律涂敷到絕緣芯上形成無反射行波天線。 集總加載對小環(huán)天線性能的影響 線天線的輸入阻抗或?qū)Ъ{和電流分布受到天線加載的很大影響,通過對線天線的加載,使天線上部分或全部呈現(xiàn)行波電流分布,不僅極大地?cái)U(kuò)展了天線工作頻帶,而且可以控制天線的方向性。(3)利用一付天線的多模工作方式來展寬工作頻帶 一般天線在基模和高次模工作時(shí),要求其電性能變化較小,但也有個(gè)別應(yīng)用場合卻有不同的要求。從廣義的角度講,天線阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)也算是一種加載方式,用以補(bǔ)償天線阻抗頻率隨頻率的變化,從而展寬阻抗帶寬。(2)利用插入分布或者集總網(wǎng)絡(luò)來展寬天線的工作帶寬 將電抗元件、阻抗元件、介質(zhì)材料或有源器件置于天線的某一部分之中,其目的或是為了縮小天線尺寸、或是為了提高效率、或是為了增大帶寬,這種方式稱為天線加載加載元件可以是有源的或是無源的,可以是分布參數(shù)元件,也可以是集總參數(shù)元件。 實(shí)現(xiàn)電小線天線寬帶化的主要方法(1)采用機(jī)機(jī)電結(jié)合的方式,合理設(shè)計(jì)天線結(jié)構(gòu),使具有寬頻特性 例如伸縮式短波、超短波直立天線,其天線長度利用機(jī)電結(jié)合的辦法進(jìn)行控制,使之在不同頻率上始終保持在串聯(lián)諧振長度上,即電長度保持不變,以實(shí)現(xiàn)在相當(dāng)寬的頻帶內(nèi)具有良好的方向性和阻抗匹配特性。根據(jù)設(shè)計(jì)這對電指標(biāo)的要求,以駐波比低與規(guī)定值的頻率帶寬為天線的阻抗帶寬。當(dāng)頻率偏離,即時(shí),相應(yīng)的帶寬就稱為3dB阻抗帶寬。通常,諧振式天線(如對稱振子或單極子天線等)多采用這種表示方法。增益比較明顯地下降,因此,該項(xiàng)指標(biāo)往往限定了下限工作頻率的值。通常定義增益下降到工作頻帶內(nèi)最大增益值的50%時(shí)相應(yīng)的頻帶寬度為3dB的增益帶寬。一般來說,高頻端方向圖容易迅速惡化,因此,它往往是限制上限頻率的主要因素。通常,天線主要電指標(biāo)均有其各自定義的帶寬,它們分別是:(1)方向圖帶寬 由于方向圖是描述天線方向性的重要指標(biāo),而當(dāng)頻率偏離設(shè)計(jì)頻率時(shí),有可能發(fā)生主瓣指向偏移、主瓣分裂萎縮、副瓣電平增大、前后輻射比下降等。窄帶和寬帶都是相對的概念,沒有嚴(yán)格的定義,習(xí)慣上認(rèn)為就是寬帶天線。 相對帶寬的定義是:天線的絕對帶寬與工作頻帶內(nèi)的中心頻率之比,即(24)式中,、分別表示工作頻帶的上限頻率和下限頻率。 天線帶寬通常有兩種表示方法:(1)相對帶寬。 寬帶天線的概念及實(shí)現(xiàn) 天線的工作帶寬及限制帶寬的主要因素 由于天線的各項(xiàng)電指標(biāo)一般都是隨頻率變化的因而天線帶寬也就取決于各項(xiàng)電指標(biāo)的頻率特性。由于小環(huán)天線的周長遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一個(gè)波長,主要產(chǎn)生和響應(yīng)電磁信號(hào)的磁分量,而大多數(shù)人造干擾源主要產(chǎn)生電場輻射,所以小環(huán)天線具有噪聲免疫特性,尤其適合用于干擾和抖動(dòng)的工作環(huán)境。理論和實(shí)驗(yàn)證明,輻射場與環(huán)的面積、匝數(shù)和環(huán)上的電流成正比,與工作波長的平方和距離成反比。環(huán)可以是空心的或磁芯的。當(dāng)端接負(fù)載的阻抗等于環(huán)的特性阻抗時(shí),環(huán)上的電流為行波分布。,稱為小環(huán)天線,環(huán)上的電流近似按等幅同相分布。 顧名思義環(huán)形天線就是將導(dǎo)線彎成環(huán)形所構(gòu)成的天線。(5)頻帶寬度 天線的頻帶寬度是指天線的主要電指標(biāo)如增益、主瓣寬度、副瓣電平、輸入阻抗、極化特性等均滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)的頻率范圍,或稱天線的工作帶寬,簡稱天線帶寬。而有些天線輸入阻抗對饋電點(diǎn)的結(jié)構(gòu)異常敏感。(4)阻抗特性 天線的輸入阻抗是天線饋電點(diǎn)處的電壓與電流之比,通常它是一個(gè)復(fù)阻抗,而且是頻率的函數(shù)。一般電小天線的效率較低。 若天線的效率小于1,天線輸入功率一部分轉(zhuǎn)化為輻射功率,一部分為消耗功率。(2)效率 天線的效率可以度量天線轉(zhuǎn)換能量的有效性,它也是天線的重要指標(biāo)之一。數(shù)學(xué)表達(dá)式為:(21)式中,為天線歸一化的方向函數(shù)。 方向系數(shù)用來定量的說明天線輻射電磁波能量的集中程度。描述天線方向圖的參數(shù)有:主瓣寬度(或稱半功率波瓣寬度)、副瓣電平(指副瓣中的最大值與最小值之比)、前后輻射比(指前向與后輻射場強(qiáng)之比)等。工程上常采用在天線最大輻射方向上的兩個(gè)相互垂直的平面內(nèi)的方向圖來表示天線的方向性,它們分別稱為E面和H面的方向圖。 環(huán)形天線(1)定向性 定向性幾乎是天線最重要的參量,描述天線定向性的參數(shù)有方向圖和方向系數(shù)等。正因?yàn)槿绱?在確定天線的性能時(shí),天線尺寸往往比天線技術(shù)更為重要。 第二章 環(huán)形天線的寬帶化和集總加載技術(shù) 環(huán)形天線一般是電小天線,所謂電小天線是指天線的最大幾何尺寸遠(yuǎn)小于工作波長的天線,根據(jù)//.eler的定義,電小天線要求,其中是天線的最大尺寸,為與電磁場相關(guān)的波數(shù)。隨著我軍現(xiàn)代化對于通信系統(tǒng)保障的要求的不斷提高,建立連續(xù)的短波通信覆蓋已成為當(dāng)前緊迫的任務(wù)。例如在車載短波通信領(lǐng)域,半環(huán)NVIS鞭天線是近年來發(fā)展起來的新型NVIS天線類型,其結(jié)構(gòu)輕巧牢固、通過性好,天調(diào)智能化高、尺寸緊湊,系統(tǒng)響應(yīng)快、魯棒性好,能夠在各種機(jī)動(dòng)車輛上進(jìn)行裝備,同時(shí)它能在整個(gè)頻帶上提供接近理想的全向輻射,能夠?yàn)闄C(jī)動(dòng)部隊(duì)短波語音及數(shù)據(jù)通信突破盲區(qū)、實(shí)現(xiàn)全天候中距離通信提供有效保障,實(shí)踐證明車載環(huán)形天線的綜合性能比傳統(tǒng)車載鞭天線更加優(yōu)越。然而,理論分析表明:工作在2~30MHz短波波段的環(huán)形天線,其輸入電阻很小,難與普通饋電線相匹配。(3)采用環(huán)形NVIS天線有利于通過采用新技術(shù)、新材料和新器件改善天線整體性能。(2)天線結(jié)構(gòu)由線天線向環(huán)天線的變化是NVIS天線的發(fā)展趨勢。 近年來,隨著電磁場理論的發(fā)展,以及新技術(shù)新材料的采用,NVIS天線技術(shù)也獲得了長足進(jìn)步。由于短波NVIS天線對于我軍現(xiàn)代化的敏感因素,國外目前尚對我國禁運(yùn)。 車載寬帶短波NVIS半環(huán)鞭天線的意義 在短波通信廣泛應(yīng)用的早期,人們就對短波通信盲區(qū)效應(yīng)有了較為深入的認(rèn)識(shí),并致力于研究解決這一問題的NVIS天線。另外采用環(huán)形集總加載的方法是比較方便和容易實(shí)現(xiàn)的。 為解決天線尺寸及體積大、使用不靈活的問題,通常對天線進(jìn)行加載設(shè)計(jì):在天線結(jié)構(gòu)上作適當(dāng)改變,可以保持天線上的電流近似均勻分布,以滿足所要求的電性能,通過天線加載亦可改變天線的方向性。實(shí)踐證明,地貌因素對NVIS通信幾乎沒有影響,同時(shí)還可以彌補(bǔ)復(fù)雜地面條件對短波地波造成的嚴(yán)重衰減。短波“近垂直入射天波”通信指:短波傳播信號(hào)接近于垂直輻射,由電離層返回地面的短波信號(hào)正好可以覆蓋整個(gè)跳躍區(qū)()。二是常用的有效方法就是選用高仰角天線,也稱“高射天線”或“噴泉天線”,縮短天波第一跳落地的距離。 短波天線 短波通信的方式和特點(diǎn)決定了短波通信天線的特殊性。 短波天波通信跳躍距離與通信盲區(qū)示意圖 ,跳躍區(qū):發(fā)射站與無線電波首次由電離層返回地面的地點(diǎn)之間的距離。 一般來說,地波的傳播距離可達(dá)2030公里,而天波從電離層第一次反射落地(第一跳)到發(fā)射點(diǎn)的最短距離約為80100公里,從而20到100公里之間這一段,地波和天波都夠不到,形成了短波通信的“寂靜區(qū)”,也稱為盲區(qū)。隨著無線電通信新技術(shù)的不斷涌現(xiàn),天波傳播弱點(diǎn)對短波通信的影響,正在逐步被克服。短波信號(hào)由天線發(fā)出后,經(jīng)電離層反射回地面,又由地面反射回電離層,可以多次反射,因而傳播距離很遠(yuǎn)(可上萬公里),而且不受地面障礙物阻擋。(2)天波傳播 天波是指由天線向高空輻射的電磁波受到天空電離層反射或折射后返回地面的無線電波。但地波不受氣候影響,可靠性高。其傳播途徑主要取決于地面的電特性。天波傳播是短波通信的主要傳輸方式。短波通信愈來愈受到重視。是戰(zhàn)時(shí)作戰(zhàn)指揮通信中的“殺手锏”之一,是和平時(shí)期防暴亂、搶險(xiǎn)救災(zāi)的應(yīng)急通信手段。美國重新把短波信道作為戰(zhàn)略的和戰(zhàn)術(shù)主干線和二級線路。與衛(wèi)星通信及有線通信相比,短波通信介質(zhì)的電離層不易遭受人為破壞。連美軍1976年制定的綜合戰(zhàn)術(shù)通信計(jì)劃中,僅把短波通信列為補(bǔ)充和備用手段。人們以為短波通信會(huì)被衛(wèi)星通信取代。由于衛(wèi)星通信的出現(xiàn)和發(fā)展,使短波通信受到了較長時(shí)間的冷落。短波通信設(shè)備簡單、機(jī)動(dòng)靈活、成本低廉,可用較小的發(fā)射功率直接進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。 課題研究的意義 短波通信 短波通信是歷史最為久遠(yuǎn)的無線電通信。同時(shí),在移動(dòng)平臺(tái),狹小的空間內(nèi)若密布多副天線,相互之間