天线原理与技术 课件 傅光 第5--8章 谐振天线--- 反射面天线.pptx

第5章谐振天线;

5.1V形振子天线;

在γ角的扇形区内方向性最大，γ角由下式给出：

其中γ的单位是度。相应的方向系数为;

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图5.1.2所示为h=0.75λ，γ=118.5°的V形振子的方向图。一般来讲，V形振子天线的输入阻抗比同样长度的直线振子的输入阻抗小。;

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5.2折合振子天线;

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两种模式的电流分布如图5.2.2所示。;

由于d很小，传输线模式中的电流倾向于远场相消，其输入阻抗Zt由具有短路负载的传输线方程给出：

其中，Z0为传输线的特性阻抗，β为相位常数。

在天线模式中，每个竖直段上电流产生的场在远区相互加强，这是因为它们的指向相同。传输线模式的电流为;?;

5.3八木天线;

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5.3.2八木天线的工作原理

由天线阵理论可知，通过改变各单元天线的电流幅度和相位分布，可改变阵列方向图。八木天线仅对其中的一个有源振子馈电，其余无源振子则是利用与有源振子之间的近场耦合作用产生感应电流，调整各个振子的长度及其间距，可获得各个振子上的适合的电流幅度和相位分布，以满足要求的电性能。;

5.3.3八木天线的分析方法

图5.3.2所示为N元引向天线，振子1为反射振子，振子2为有源振子，振子3~N为引向振子，各振子的长度分别为2l1，2l2，…，2lN，相邻振子间的间距分别为s1，s2，…，sN-1。

由耦合振子理论，有;

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方程组共有N个方程式，可解出各振子上的电流Imi，进而利用式(5.3.2)得到天线的远区辐射场，即

式中，fe(θ)为对称振子的方向函数，fa(θ，Imi)为阵因子的方向函数。该八木天线是一个端射式的天线阵。;

天线的增益与轴向电长度L/λ(其中，L为轴向长度，是指从反射振子到最末一个引向振子之间的轴向距离)和振子的数目N相关。当L/λ一定时，若相邻两引向振子的最大间距不超过0.4λ，则增益与振子数目N的关系不十分明显;若超过0.4λ，则增益明显下降。反射振子的长度及反射振子与有源振子的间距对增益没有太大的影响，但对后向辐射有明显的控制作用。反射振子越长或间距越小，后向辐射就越小。当对后向辐射要求较高时，反射振子可采用反射网替代。;

5.3.4八木天线的设计

首先，根据所提出的天线电参数要求，由经验公式或常用尺寸范围确定初始结构参数。这一点同常规设计中确定实验天线一样。选取初始结构参数可以参考以下经验数据：

(1)振子个数取决于给定增益(方向系数)或波瓣宽度。通常天线的电长度L/λ越大，增益越高，振子的数目由给定的增益来确定。图5.3.3(a)给出了八木天线的增益与振子数目的关系曲线，利用该曲线和给定的增益要求即可确定振子的数目N。进而，利用图5.3.3(b)可求出天线的轴向长度L。;

从图5.3.3(a)可以看出，随着振子数目的增加，天线增益也随之增加。当N小于7~8时，增益明显增加;若再增加振子的数目，则增益提高有限。对应地，天线长度变得过于庞大，如图5.3.3(b)所示。因此，对于增益要求较高的应用，可采用引向天线排阵的方法。表5.3.1给出了天线单元数目和天线增益的关系。;

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(2)振子间距的选择取决于天线的方向图和阻抗特性。当引向振子间的间距增大时，方向图主瓣变窄，副瓣增大，阻抗的频率特性较好;当反射器间距增大时，后向辐射增大，有源振子的输入阻抗较大。通常间距si=(0.15~0.40)λ。

(3)关于振子长度，通常选择反射振子的长度为2l1=(0.5~0.55)λ，引向振子的长度为2l3=(0.4~0.44)λ，所有引向振子可以等长，也可以随si的增加而递减。

(4)振子半径主要根据对天线频带的要求选取。振子越粗，特性阻抗越低，天线的频带越宽。;

然后，由选定的初始结构参数计算天线的电特性，先计算各振子上的电流分布，再计算天线的方向图、半功率波瓣宽度、前后辐射比、天线的输入阻抗以及方向系数等。将计

算结果得到的电参数与要求值比较，如果不符合要求，则重新选定一组结构参数，重复上述计算，直到满足给定的电参数要求为止。;

下面的示例介绍了八木天线在流星余迹通信中的应用。为满足系统需求，所设计八木天线的振子数目N=6，设计目标为使其在5%的频带内当最大副瓣电平低于

-15dB、驻波比VSWR小于1.4时，天线增益最大。;

按照5.3.3节八木天线的分析方法，对天线的振子长度及其间距进行设计，各个振子长度由2li(i=1，2，…，6)表示，振子间距由si(i=1，2，…，5)表示。为了降低后向辐射，反射振子的数目取为3个，振子半径为0.002λ，天线长度与间距等参数及天线性