《天线原理》第2章解析
128页1、第2章 简单线天线,在LF UHF频段广泛采用线天线,在UHF高端及微波频段主要采用面天线。,2.1.1 双极天线 双极天线即水平对称振子,如图2-1-1所示,又称型天线。天线的两臂可用单根硬拉黄铜线或铜包钢线做成,也可用多股软铜线,导线的直径根据所需的机械强度和功率容量决定,一般为36 mm。天线臂与地面平行,两臂之间有绝缘子。,2.1 水平对称天线,水平天线的优点: (1)架设和馈电方便;(2)地面电导率的影响较小;(3)外部干扰较小。,2.1.1 双极天线(续), 1. 双极天线的方向性 为了便于描绘场强随射线仰角和方位角的变化关系,一般直接用、作自变量表示天线的方向性,而不使用射线与振子轴之间的夹角作方向函数的自变量。按图2-1-2中的几何关系,可得 (2-1-1),图2-1-1 双极天线结构示意图,2.1.1 双极天线(续),图 2-1-2 双极天线的坐标系统,利用该式可得 (2-1-2) 由自由空间对称振子方向函数和负镜像阵因子按方向图乘积定理得 (2-1-3),2.1.1 双极天线(续),2.1.1 双极天线(续),图 2-1-3 双极天线方向图随臂长l的变化(H=0.2
2、5) (a) l=0.25; (b) l=0.5; (c) l=0.65; (d) l=0.75; (e) l=1.0; (f) l=1.2,2.1.1 双极天线(续),图 2-1-4 双极天线方向图随架高H的变化(l=/4) (a) H=0.25; (b) H=0.5; (c) H=0.75; (d) H=1.0; (e) H=1.25; (f) H=1.75,2.1.1 双极天线(续),在讨论自由空间天线方向性时,一般取互相正交的E面和H面;在研究地面上的天线方向性时,一般取铅垂平面和水平平面。所谓的铅垂平面是指与地面垂直且通过天线最大辐射方向的垂直平面。水平平面是指对应一定的仰角,固定r,观察点P饶z轴旋转一周的所在平面,在该平面上P点场强随变化的相对大小即为双极天线的水平平面方向图。 1) 垂直平面方向图 图2-1-2中,=0的xOz面即为双极天线的垂直平面。将=0代入式(2-1-3), 可得 fxOz(,=0)=|1-coskl|2 sin(kHsin)| (2-1-4) 垂直平面方向图的特点: (1)只与H/有关,而与l/无关。 (2)沿地面均无辐射,不能用作地面波通信。
3、(3)当H/ 0.25或H/ 0.3时,最大辐射方向在 = 900,在 =60 900范围内场强变化不大,即在此条件下天线具有高仰角辐射性能,我们称其为高射天线,常用于天波通信。,2.1.1 双极天线(续),(4) H/ 0.3时,最强辐射方向不止一个, H/ 越大,波瓣数越多,靠近地面的第一波瓣m1越低。 第一波瓣的最大辐射仰角m1可根据式(2-1-4)求出,令 sin (kHsinm1)=1 得 m1=arcsin( /4H) (2-1-5) 在架设天线时,应使天线的最大辐射仰角m1等于通信仰角0。根据通信仰角0就可求出天线架设高度H,即 H= /(4sin 0) (2-1-6) 因此,通信仰角越低,通信越远,要求架设高度越高。 (5)当地面不是理想导电地时,方向图的变化规律与理想导电地基本相同。不同地质对方向性的影响不大。,2.1.1 双极天线(续),2) 水平平面方向图 水平平面的场强既不是单纯的垂直极化波,也不是单纯的水平极化波。方向函数如式(2-1-3)所示(式中固定),即方向函数是下列阵因子与元因子的乘积: f阵()=2|sin (kHsin)| (2-1-7) (2-1
4、-8) 因为阵因子与方位角无关,所以水平平面内的方向图形状仅由元因子f1(,)决定。,2.1.1 双极天线(续),由图可以看出: (1)水平平面方向图与架高无关。 (2)水平平面方向图的形状取决于l/,方向图的变化规律与自由空间对称振子的相同。当 l/ 0.7时,在 = 00方向辐射很小或没有辐射。因此,一般要求选择天线长度l/ 0.7。,图 2-1-5 l/=0.25时双极天线水平平面方向图 (a) =20; (b) =40; (c) =60,2.1.1 双极天线(续),(3)仰角越大,水平平面方向性越不显著。 对于双极天线的水平平面和垂直平面方向图,可得如下结论: (1)天线长度只影响水平平面方向图,而对垂直平面方向图无影响; (2)天线架设不高(H/ 0.3)时,在高仰角方向辐射最强,但方向性不强,对架设方位要求不严格; (3)当远距离通信时,应该根据通信仰角确定架设高度; (4)为了保证最大辐射方向在 = 00方向,应该使 l/ 0.7。,2.1.1 双极天线(续),2. 双极天线的输入阻抗 地面对天线输入阻抗的影响,可用天线的镜像来代替,然后用耦合振子理论来计算。应当说明的是
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