第3章 偶极子天线.ppt

3.3 偶极子天线 用等效传输线法求输入阻抗 （1）传输线与对称振子的区别 传输线上沿线分布参数是均匀的 其特性阻抗为： 式中 为两导线间的距离。 a 为导线半径 3.3 偶极子天线 b. 传输线不是辐射系统而天线是辐射系统。 可将： 天线的辐射能量——传输线的损耗能量 天线 —— 有损耗的开路传输线 3.3 偶极子天线 将振子辐射的功率等效为沿天线臂的电阻损耗，且此损耗电阻均匀地分布在天线臂上。设振子单位长度损耗电阻为 整个振子的损耗功率为 将 代入上式得 3.3 偶极子天线 根据传输线理论 3.3 偶极子天线 不考虑损耗是偶极子天线的平均特性阻抗 3.3 偶极子天线 偶极子天线的特性阻抗为 偶极子天线的输入阻抗 3.3 偶极子天线 3.3 偶极子天线 在偶极子天线长度确定的情况下，随着频率的变化，方向图或最大辐射方向会改变，副瓣电平可能增大，阻抗匹配将变坏等。因此，对一个特定的偶极子天线就应该具有通频带的概念。 阻抗随频率的变化很大，因此经常以阻抗特性来定义偶极子天线的通频带。天线输入阻抗的变化会引起天线电压驻波比的变化，通常根据一个天线的工作条件和要求给出一个允许的最大电压驻波比来定义天线的通频带。 3.3 偶极子天线 3.3 偶极子天线 根据上述要求，在通频带边界频率上天线的输入电阻等于输入电抗，得到 3.3 偶极子天线 相对通频带为 3.3 偶极子天线 当天线的输入电抗为零时，称为发生了谐振，从图中可以看到天线电抗为零时，天线长度总是略小于四分之波长的整数倍。这种现象称为天线的缩短效应。这种现象是由于终端集中了过多的电力线造成的。电力线集中等效在末端加有电容，该电容可以用一段开路的双线传输线代替。因此末端电流不为零，振子好像在末端加长了一段。振子半径越大要求缩短的长度就越大。 由于偶极子天线的谐振长度小于四分之一波长，所以振子上的波长也小于自由空间的波长，这种现象叫做波长缩短现象。 3.3 偶极子天线 平衡的破坏 天线附近的金属障碍物，如接地平面 同轴馈电外导体外表面电流 解决方案 平衡—不平衡转换器 3.3 偶极子天线 第3章 偶极子天线 第3章 偶极子天线 3.1电偶极子 3.2磁偶极子 3.3偶极子天线 3.1电偶极子 电偶极子又称为赫兹偶极子或电流源。有带有电流I的长度远小于波长的带电导线构成。 3.1电偶极子 3.1电偶极子 远区场的表达式(错) 3.1电偶极子 电偶极子辐射场的特性 1 场强与电流、偶极子长度、与z轴的夹角、距离的倒数成反比； 2 电场和磁场的远场比值为波阻抗； 3电场和磁场的远场是正交的； 3.1电偶极子 电偶极子的方向性函数 3.1电偶极子 3.2磁偶极子 磁偶极子又称电流环。 3.3 偶极子天线 通过计算可以发现电偶极子和磁偶极子的辐射电阻很小，为了实现大功率的辐射，需要很高的电流，所以电偶极子和磁偶极子都不是有效的辐射器。 偶极子天线又称为对称振子。将终端开路的平行双导线张开，就构成了偶极子天线。当双线传输线之间的距离远小于工作波长时，由于位移电流束缚在两导线之间的场中，因此终端开路的双导线的辐射能量也是极微弱的，作为天线是不利的。为此，必须将终端开路的双线传输线张开，使位移电流扩展到交大的空间去。因此偶极子天线具有足够的开放性，即电磁力线裸露在空间中，使振子上的能量离开导线，构成进入空间的通路。 3.3 偶极子天线 对称振子是中间馈电，其两臂由两段等长导线构成的振子天线。一臂的导线半径为a，长度为l。 3.3 偶极子天线 若想分析对称振子的辐射特性，必须首先知道它的电流分布。为了精确地求解对称振子的电流分布，需要采用数值分析方法，但计算比较麻烦。实际上，细对称振子天线可以看成是由末端开路的传输线张开形成，理论和实验都已证实，细对称振子的电流分布与末端开路线上的电流分布相似，即非常接近于正弦驻波分布，并忽略振子损耗，则其形式为 3.3 偶极子天线 偶极子天线的特点 1 振子的终端是电流的波节； 2 离终端四分之一波长处是波腹，再经四分之一波长处为波节一次重复； 3 在振子上电流经过零值时，电流相位改变180度； 4振子输入端的电流值由振子长度l和波长的比值决定； 5振子两臂相对应点的电流值相等。 3.3 偶极子天线 偶极子天线的辐射场与方向性 辐射场 电偶极子辐射场： 对称振子上线元dz在远区的辐射场： r——观察点至单元电流 的距离。 θ——射线至天线轴的夹角。 3.3 偶极子天线 在远区