第3章 行波天线.ppt

第3章 行波天线 3.1 行波单导线及菱形天线 3.2 螺旋天线 第一节 行波单导线及菱形天线 一、 行波单导线 行波单导线：天线上电流按行波分布的单导线天线。 天线沿线各点电流振幅相等，相位连续滞后，其馈电点置于坐标原点。 方向函数为: 行波单导线的方向性特点： （1）沿导线轴线方向没有辐射。 （2）导线长度愈长，最大辐射方向愈靠近轴线方向，同时主瓣愈窄，副瓣愈大且副瓣数增多。 （3）当 l/λ 很大时，主瓣方向随 l/λ 变化趋缓，即天线的方向性具有宽频带特性。 二、 菱形天线 1、 菱形天线的结构和工作原理 增加行波单导线天线的增益的方法：排阵 —— 用4根行波单导线构成菱形天线。 菱形天线的辐射场：四根导线在空间的合成场。 通过适当选择 菱形锐角2θ0、边长 l 来获得最强的方向性，并使最大辐射方向指向负载方向。 在长对角线方向，1、2两根行波导线合成电场矢量的总相位差应该由下列三部分组成： 导线1和4： 在长对角线方向上射线行程差引起的相位差ΔΨr=0， 电流相位差 ΔΨi=π， 电场极化相位差 ΔΨE=π， 总相位差 ΔΨ=2π。 2、 菱形天线方向函数 过长轴的垂直平面的方向函数为: 菱形天线每边的电长度愈长，波瓣愈窄，仰角变小，副瓣增多。 3、 菱形天线的尺寸选择及其变形天线 当通信仰角Δ0 确定以后，选择主瓣仰角等于通信仰角。使 f(Δ0) 最大，分别取各个因子分别最大： 使第二个因子为最大，则: sin［kl(1-sinΦ0cosΔ0)/2］=1，即天线每边长度： 菱形天线的主要优点是： （1）结构简单，造价低，维护方便； （2）方向性强，增益系数可达100左右； （3）频带宽，工作带宽可达（2～3）∶1； （4）可应用于较大的功率，因为天线上驻波成分很小，因此不会发生电压或电流过大的问题。 菱形天线的主要缺点是： （1）结构庞大，场地大，只适用于大型固定电台作远距离通信使用； （2）副瓣多，副瓣电平较高； （3）效率低，由于终端有负载电阻吸收能量。 为了改善菱形天线的特性参数，常采用双菱天线 菱形对角线之间的距离 d≈0.8λ，其方向函数表达式为: 为了提高菱形天线的效率，可采用回授式菱形天线结构。 回授式菱形天线没有终端吸收电阻，它是将终端剩余能量送回输入端，再激励天线“2”。如果回授至输入端的电流相位与输入端的馈源电流相位相同，那么剩余的能量也就能辐射出去，从而提高了天线的效率。 三、行波V形天线（TravelingWave Vee Antenna） V 形斜天线，仅有一根支杆和两根载有行波电流的导线组成，架设很简单，适用于移动的台站中。 第二节 螺旋天线 提高天线的有效高度之一——分布式加载，其典型天线之一即为螺旋鞭天线 （Helical Whip Antenna）。 螺旋天线的辐射特性取决于螺旋线直径D与波长的比值 D/λ，此类天线具有三种辐射状态。 螺旋柱直径 D=(0.25~0.46)λ 的端射型螺旋天线， 又称为轴向模螺旋天线，简称为螺旋天线， 主要特点： （1）沿轴线方向有最大辐射； （2）辐射场是圆极化波； （3）天线导线上的电流按行波分布； （4）输入阻抗近似为纯电阻； (5）具有宽频带特性。 螺旋天线是一种最常用的典型的圆极化天线(Circular Polarized Antenna)。 一、 圆极化波的应用 使用一副圆极化天线可以接收任意取向的线极化波。 1、通信的一方或双方处于方向、位置不定的状态，为了提高通信的可靠性，收发天线之一应采用圆极化天线。 2、在人造卫星和弹道导弹的空间遥测系统中，信号穿过电离层传播后，产生极化畸变，这也要求地面上安装圆极化天线作发射或接收天线。 3、为了干扰和侦察对方的通信或雷达目标，需要应用圆极化天线。 4、在电视中为了克服杂乱反射所产生的重影，也可采用圆极化天线，因为它只能接收旋向相同的直射波，抑制了反射波传来的重影信号。 圆极化波的重要性质： （1）圆极化波是一等幅旋转场，它可分解为两正交等幅、相位相差90°的线极化波； （2）辐射左旋圆极化波的天线，只能接收左旋圆极化波，对右旋圆极化波也有相对应的结论； （3）当圆极化波入射到一个平面上或球面上时，其反射波旋向相反，即右旋波变为左旋波，左旋波变为右旋波。 二、 螺旋天线的工作原理 总结： 螺旋天线上的电流是行波电流，是圆极化波。 按右手螺旋方式绕制的螺旋天线，在轴向只能辐射或接收右旋圆极化波； 按左手螺旋方式绕制的螺旋天线，在轴向只能辐射或接收左旋圆极化波