10-环天线与螺旋天线 天线原理
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 天线天线 Antennas 第第10讲讲 环天线与螺旋天线环天线与螺旋天线 褚庆昕褚庆昕 华南理工大学电子与信息学院华南理工大学电子与信息学院 天线与射频技术研究所天线与射频技术研究所 qxchuscut.edu.cn South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 第10讲内容 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 前面的分析已经得到电小环的辐射场前面的分析已经得到电小环的辐射场 场只与环的面积有关场只与环的面积有关 a 10.1 圆环天线 2 2 sin 1 sin j r j r IS Ee r IS HeE r South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 对于一定尺寸的环，假设环上的电流均匀同相。对于一定尺寸的环，假设环上的电流均匀同相。 根据矢量磁位，可以求得均匀同相的环电流在远根据矢量磁位，可以求得均匀同相的环电流在远 区的辐射电场与磁场为区的辐射电场与磁场为 方向图函数方向图函数 0 1( sin ) 2 1 j r aI EeJa r HE 11 ( )(sin )(sin )FJJ C 2/Ca 环周长的电长度环周长的电长度 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 1阶贝塞尔函数曲线阶贝塞尔函数曲线 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 环上的电流均匀同相环上的电流均匀同相 时，不同直径的圆环时，不同直径的圆环 天线的辐射方向图。天线的辐射方向图。 注意：极化与电偶极注意：极化与电偶极 子垂直。子垂直。 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 为了保证大环上电流均匀同相，需要适当地设计为了保证大环上电流均匀同相，需要适当地设计 馈电电路。馈电电路。 【例例10-1】 设计合适的馈电系统，使得下面两种不设计合适的馈电系统，使得下面两种不 同直径的环天线具有同相电流同直径的环天线具有同相电流: 圆环直径圆环直径 (a) ；(b)0.212 (a) 同相且幅度按正弦同相且幅度按正弦 规律变化（近似均匀）规律变化（近似均匀） 的电流，所有偶的电流，所有偶 极子极子 具有一对公共馈点。具有一对公共馈点。 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering (b) 同相且幅度有同相且幅度有 ±±25%起伏的近起伏的近 似均匀电流。似均匀电流。 当直径小于当直径小于0.1 时可视为基本同时可视为基本同 相均匀的电流。相均匀的电流。 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 环天线的辐射电阻环天线的辐射电阻 对周长为对周长为10倍波长的倍波长的 圆环辐射电阻近似为圆环辐射电阻近似为 6000欧。欧。 2 2 2 31171,5 3720 / , 5 r r n a RC RaC n 为环的圈数 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 方向性方向性D 在小环的情况下在小环的情况下 在大环情况下在大环情况下 2 1max 2 2 0 2(sin ) ( ) C C JC D Jy dy 2 33 sin1/3 22 DC， 0.682DCC ， South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 小环通常可用于测向，但方向图有小环通常可用于测向，但方向图有2个零方向，会个零方向，会 造成造成180o的疑惑，若加一个接地平面，则会消除的疑惑，若加一个接地平面，则会消除 这个疑惑。这个疑惑。 例例10-2将将/10直径的环置于足够大的接地平面直径的环置于足够大的接地平面 /10处，可得如下的场方向图，在无耗情况下试处，可得如下的场方向图，在无耗情况下试 求该环的方向性及附有接地平面时的方向性求该环的方向性及附有接地平面时的方向性. South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 解：对于孤立的环，解：对于孤立的环，D=1.5或或1.76dBi 对附有接地面的环对附有接地面的环 Rr为环的自电阻，为环的自电阻，Rm为两个环间的互电阻为两个环间的互电阻 2 2/()sin(2 /10)1.5 rrm DRRR 4 1971.92 ,1.6 rm RCR 12.4511dBiD，或 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 例例10-3考虑考虑直径为直径为 / 、周长为、周长为1 的环的环,下图列出下图列出 了圆环、等效方环、了圆环、等效方环、 /2折合振子。所有这些天线折合振子。所有这些天线 接近谐振，辐射电阻为接近谐振，辐射电阻为200300欧，将环置于接地欧，将环置于接地 平面前平面前 /10处，辐射电阻为处，辐射电阻为50欧，电抗为欧，电抗为0，采用，采用 50欧同轴馈电，试求这些环天线的方向性。欧同轴馈电，试求这些环天线的方向性。 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering Rr=197欧，欧，Rm=1.6欧，欧， 跟上例相比，增益约低跟上例相比，增益约低 1dB，但其辐射电阻要大，但其辐射电阻要大 很多，从而得到较小的很多，从而得到较小的Q 值、较宽的频带。值、较宽的频带。 2 2/()sin(2 /10)1.5 rrm DRRR 10.210.1dBiD，或 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 10.2 螺旋天线 将导线绕制成螺旋形线圈而构成的天线称为螺旋将导线绕制成螺旋形线圈而构成的天线称为螺旋 天线天线(helical antenna)。通常它带有金属接地板。通常它带有金属接地板, 由同轴线馈电由同轴线馈电, 同轴线的内导体与螺旋线相接同轴线的内导体与螺旋线相接, 外外 导体与接地板相连。导体与接地板相连。 D:螺旋直径，螺旋直径，C：螺旋周长，：螺旋周长，S：节距：节距 L：每圈的长度，：每圈的长度，：节距的升角：节距的升角 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 螺旋天线的辐射取决于直径与波长的比值（电直径）螺旋天线的辐射取决于直径与波长的比值（电直径） South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 螺旋天线的接地面可以有效地减小旁瓣和后瓣辐射螺旋天线的接地面可以有效地减小旁瓣和后瓣辐射 绕制螺旋的导体的直径尺寸并不重要，可从绕制螺旋的导体的直径尺寸并不重要，可从 0.0050.05波长或更大，波长或更大， 螺旋可用少量的绝缘子固定螺旋可用少量的绝缘子固定 在轴向介质或金属杆上在轴向介质或金属杆上 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information
