天线技术 课件(西电第二版)第6章.ppt

图 6-18 电流幅度相等, 相位差为90°的 正交半波振子的水平面方向图 图 6-19 正交半波振子阵 图 6-20 旋转场天线的馈线连接 6.2.3 电视发射天线 1． 蝙蝠翼天线的结构及原理分析 蝙蝠翼天线基本单元的原形也是粗偶极天线，它的演变过程如图6-21所示。当考虑天线应具有宽频带阻抗特性时，即当工作频率变化时，要求天线的特性阻抗Zc变化要小；为此，要求振子的特性阻抗要小，要采用粗振子天线，如图 5 - 21（a）所示，其振子的特性阻抗Z0可用下式计算： 式中，d是振子直径，当要求特性阻抗Z0低时，振子的直径d就要加粗。 图 6-21 蝙蝠翼天线的演变 图 6-22 蝙蝠翼 2． 宽频带特性分析 在图6-22(b)中，分别从C-C、B-B、D-D处向上、向下看时， 若当工作频率f低于中心工作频率f0时，B-E、C-E、D-E各终端短路双线传输线分别可认为是小于λ/4的终端短路传输线，其对应的输入阻抗Zin均为感性，而与它们相对应的各个横向的终端开路的对称振子BB′、CC′、DD′的输入阻抗均为容性， 它们的电抗具有互补作用。 同理： 当工作频率升高，高于中心工作频率时，B-E、C-E、 D-E各终端短路双线传输线的输入阻抗均变为容性了，而这时与之相对应的横向的终端开路的对称振子BB′、CC′、DD′的输入阻抗却变成感性了，它们的电抗也具有互补作用。由此可知，一方面由于短路双线的感抗和各对称振子的容抗的相互补偿作用展宽了频带，另一方面各对称振子的辐射在相应连接处引入了损耗电阻，从而降低了传输线的Q值， 使馈电端A-A的输入阻抗的频率特性得到了较大改善。实验表明，当要求蝙蝠翼天线驻波比ρ1.1时，其相对带宽可达25%~30%，此时天线的输入阻抗的变化范围Zin=（130～160）±j（0～10）Ω。（实测A-A 端的输入阻抗Zin≈150Ω。） 3．蝙蝠翼天线的馈电方式 图 6-23 蝙蝠翼天线的馈电 图 6-24 电视发射天线 表 6-4 蝙蝠翼天线的层数与增益的对应值（以半波振子为参考） 4．对方向图零辐射点的填充 (1) 天线上、下两半部不同相或不等幅馈电。 例如对各层振子进行不等幅馈电，对上面的N/2层与下面的N/2层的馈电幅度为7∶3，N为总层数。适当地控制各层间的距离和电流相位，也可以使波瓣略向下倾斜，消除垂直平面零辐射方向的出现。 图6-25 零辐射点 图 6-26 零辐射点填充 (a) 下倾角为θ; (b) 下倾角为θ1 (2) 机械上不共面排列。 调整多层天线最上面的一或二层单元，使其下倾一个角度θ ′，如图6-27 所示。这样既可以填充方向图中影响最大的第一、二零点，同时还可使主瓣下倾而没有其他副作用。机械下倾角θ′在安装时可根据实际需要进行调节，方法简便，且适于频带很宽的多频道天线系统。 图 6-27 机械上不共面排列 6.3 移动通信基站天线 6.3.1 基站天线的特点和要求 移动通信系统中的移动用户，无论是手持机还是车载台，它们的天线都受使用条件的限制，只能使用结构简单，小型轻便的天线；而基站的位置是固定的，服务对象数量众多，为它配置的天线应具有高性能并满足下述要求: （1） 考虑到地球的曲率和地物的阻挡作用，基站天线必须架设在离地很高处，如建筑物顶上或专用的小铁塔上。为了使用户在移动状态下使用方便，天线应采用垂直极化形式。 （2） 为了保证基站与业务区域内的移动用户之间的通信， 在业务区域内，无线电波的能量必须均匀辐射。根据系统组网方式的不同， 基站天线的方向性分为两类：一类基站位于小区中心，其用户分布于基站四周地面上，此时要求天线在水平面内为全方向性；另一类基站位于小区的顶点或一侧，其用户分布于一定张角（常用的为120°和60°）的区域内，要求天线在水平面内为具有扇形方向图的弱定向辐射。 （3） 要求基站天线的增益应尽可能高，由于业务区域已经确定了，要求天线的方向性在水平面内为全向或弱定向。为节省发射机功率，不能通过增加水平面的波束宽度来提高天线的增益，只能通过压缩垂直面方向图的波束宽度来提高天线增益。 例如：使全向天线具有如图6-28所示的方向图。其中图（a）为垂直面方向图，图（b）为水平面方向图。 图 6-28 全向天线的方向图 (a) 垂直面方向图； (b) 水平面方向图 （4）为了保证基站天线能同时同许多移动站进行通信， 必须采用多信道。这就要求天线具有宽带特性和分路及（或）合成信道功能。