天线原理与设计_讲义6.pdf

《天线原理与设计》讲稿王建112 第四章双极与单极天线双极天线就是前面提到的对称振子天线,这种天线从馈电输入端看去有两个臂。所谓单极天线,就是从输入端看去只有一个臂的天线,如导电平板上的鞭天线,垂直接地天线等。、近地水平半波天线近地水平半波振子天线广泛应用于短波通信中(10 ~100λ=米),其振子臂可由黄铜线、钢包线和多股软铜线水平拉直构成,中间由高频绝缘子连接两臂,可由双线传输线馈电,如图4-1所示。图4-1 架设在地面上方的水平天线近地水平天线的分析方法前面已经介绍,可采用镜像法和考虑地参数的反射系数法,这里采用镜像法。求上图问题yz平面和xz平面内的方向图函数。用镜像法求解时,可看作是等幅反相的二元阵。天线轴在y方向,阵轴在z方向。■上半空间辐射场的模60|| |(,)|mTIfrθ?=E,20/θπ≤≤ () 式中,0(,) (,) (,)Tafffθ?θ?θ?=,20cos( cos )(,)sinfπθ?Δ=Δ,为半波振子方向图函数,△为天线轴与射线之间的夹角,cos sin sinΔθ?=。(,) 2sin( cos)afHθ?βθ=,为等幅反相馈电的二元阵因子。面内(/2■yz平)?=π的方向图函数采用地面与射线之间的夹角Δ来表示,注意关系/2θπ=?Δ,有20cos( cos )2() ()()2sin( sin)sinTafffHππλΔΔ= ΔΔ=?ΔΔ () ■xz平面内(H面,0=的方向图函数)?《天线原理与设计》讲稿王建113 半波振子:(/2πΔ=) 0(,) 1fθ?=,二元阵阵因子(用 角表示):Δ( , ) 2sin( sin )afHθ?β=ΔΔ2( ) 2sin( sin )TfHπλΔ=Δ () 由式()可画出yz面内的方向图随架高H的变化,如图4-1-1所示。图4-1-1 yz面内水平振子的方向图随架高H的变化由式()可画出xz面(H面)内的方向图随架高H的变化,如图4-1-2所示。图4-1-2 xz面(H面)内水平振子的方向图随架高H的变化讨论:(1)水平振子天线沿地面方向辐射场为0。这是由于水平天线与其镜像天线的电流反相,在地面方向波程差为0,辐射场相互抵消,合成场为0。(2)当/4Hλ≤时,H面内的方向图在范围内变化不大,最大值在方向上,这种架设不高的水平半波天线,可用在300公里内的天波通oo60 ~ 90Δ=o90Δ=《天线原理与设计》讲稿王建114 讯中。(3)在H面内的方向图仅与架高H有关,与天线长度无关。>时,最大辐射方向不止一个(波瓣分裂),/Hλ愈大,波瓣越多,靠近地面的第一波瓣的仰角愈小。(见书上图4-1(b))。根据通信仰角Δ选择架设高度H令2sin( sin ) 1HπλΔ=→2sin2HππλΔ=得:4sinHλ=Δ () 2、近地垂直半波天线近地垂直半波振子如图4-2所示。用镜像法求解辐射场时,可看作是等幅同相的二元阵。天线轴与阵轴重合。图4-2 近地垂直半波天线■上半空间辐射场的模60|| |(,)|mTIfrθ?=E,20/θπ≤≤0(,) (,) (,)Tafffθ?θ?θ?=,式中,20cos( cos )(,)sinfπθθ?θ=,为半波振子方向图函数。(,) 2cos( cos)afHθ?β=θ,为等幅同相馈电的二元阵因子。■E面内的方向图函数即xz平面和yz平面等。仍然采用地面与射线之间的夹角Δ来表示,注意关系/2θπΔ,=?20cos( sin )2() ()()2cos( sin)cosTafffHππλΔΔ= ΔΔ=?ΔΔ () ■H面内的方向图函数即xy平面(/2θπ=,Δ0=):=显然,近地垂直振子在xy平面(H面)内的方向图为一圆。在yz平面(E面)内的()2TfΔ《天线原理与设计》讲稿王建115 方向图由式()计算,在此平面内的方向图随架高H的变化如下图4-2-1给出。图4-2-1 yz面(E面)内垂直振子的方向图随架高H的变化由图可见:(1)振子的最大辐射方向始终为沿地面方向。因它可看作是侧射式(2),在地面上的方向图为一个圆。图将出现副瓣,3、在自由空间中,半波振子的输入阻抗为:)或电路调谐予以消除,电阻部分是选择馈电传为1近地垂直半波二元阵,天线和其镜像的电流等幅同相,在地面方向波程差为0,辐射场相互叠加,合成场最大。方向图关于z轴旋转对称(3)随着架高H的增加,相当于共轴二元阵间距增