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标的目的图呈“8”字形

2019-10-27   点击:

  天线章 宽带天线 行波天线 前面讲的振子型天线, 其上电流为驻波分布, 如对称振子的 电流分布为 式中, 第一项暗示从馈电点领导线结尾传输的行波; 第二项 暗示从结尾反射回来的从导线结尾向馈电点传输的行波 ; 负号 暗示反射系数为1。 当终端不接负载时 , 来自激励源的电流将正在终端全数被反 射。如许, 振幅相等、传输标的目的相反的两个行波叠加就构成了 驻波。凡天线上电流分布为驻波的均称为驻波天线。驻波天线 是双向辐射的, 输入具有较着的谐振特征, 因而, 一般环境 下工做频带较窄。 I m j?h ? j?z I(z)=Im sinβ(h-z)= e (e ? e j?z ) 2j (3-1-1) 天线 取电波 若是天线上电流分布是行波, 则此天线称为行波天线。 通 常, 行波天线是由导线结尾接婚配负载来消弭反射波而形成, 如 图3-1-1 所示。最简单的有行波单导线天线、V形天线和菱形天 线等, 它们都具有较好的单向辐射特征、较高的增益及较宽的 带宽, 因而正在短波、 超短波波段都获得了普遍的使用。 但因为 部门能量被负载接收, 所以天线. 若天线终端接婚配负载, 则天线上电流为行波分布: I(z)=I0 e jβz (3-1-2) 忽略地面的影响, 行波天线的辐射场为 天线 取电波 r ? ~ I(z) 婚配 负载 l 图 3-1-1 行波天线 天线 取电波 经积分得 1 ? j ? [ r ? (1?cos? )] j 60?I 0 sin ? ? l ? ? 2 E? ? ? ? sin ? (1 ? cos)?e ?r 1 ? cos? ?2 ? 因此, 单根行波单导线的标的目的函数为 ? ?l ? sin ? sin ? (1 ? cos)? ?2 ? F? ? 1 ? cos? (3-1-3) (3-1-4) 由图 3-1-2可见, 行波天线是单标的目的辐射的, 但其最大辐 射标的目的随电长度l/λ的变化而变化, 旁瓣电平较高且瓣数较多, 取其它类型天线比拟, 相对其电尺寸而言增益是不高的。 但 这些不脚能够操纵布阵的方式来进行改善。 当天线较长时, 行波天线的最大辐射标的目的可近似由下式 确定: 天线 1.0408 90° 5.9508 6 0° 30° 150° 120° 4.7607 6 0° 150° 2.3803 1.1902 3 0° 180° 0° 180° 0° 210° 330° 210° 330° 240 ° 270° 240 ° 270° 300° 300° (a ) (b ) 图 3-1-2 l=4λ和8λ时行波单导线标的目的图 天线 取电波 因而, 有 cosθm = 1? ? 2l 由上式可见, 当l/λ较大, 工做波长改变时, 最大辐射标的目的θm 变化不大。 2. V 用两根行波单导线能够构成 V 形天线。对于必然长度 l/λ 的行波单导线θ, 能够正在张角的等分线标的目的上 获得最大辐射, 如图 3-1-3 所示。 因为l/λ较大时, 工做波长改变而最大辐射标的目的θm变化不大, 因而V形天线具有较好的标的目的图宽频带特征和宽频带特征。 因为其布局及架设出格简单, 出格顺应于短波挪动式基坐中。 天线 取电波 l 婚配负载 ?m ? ?m Rl / 2 Rl / 2 图 3-1-3 V形天线°) 天线 取电波 目前, 另一种被普遍使用于短波通信和、超短波散射 通信的行波天线是由四根行波单导线毗连成菱形的天线。它可 以当作是由两个V形天线正在启齿端相连而成, 其工做道理取V 形天线类似。载有行波电流的四个臂长相等, 它们的辐射标的目的 图完全不异, 如图3-1-4所示。恰当选择菱形的边长和顶角2θ, 可 正在对角线标的目的获得最大辐射。 天线 取电波 接收电阻 2? 馈电 H 合成标的目的图 图 3-1-4 菱形天线及其平面标的目的图 天线 螺旋天线 将导线绕制成螺旋形线圈而形成的天线称为螺旋天线。 凡是它带有金属接地板(或接地网栅), 由同轴线馈电, 同轴 线的内导体取螺旋线相接, 外导体取接地板相连, 其布局如图32-1所示。螺旋天线是常用的圆极化天线。 螺旋天线的参数有: 螺旋曲径d=2b; 每圈的长度c; 螺距角Δ; 螺距h; 圈数N; 轴向长度L。 天线 取电波 d c L 接地板 同轴线 螺旋天线 天线 取电波 这些几何参数之间的关系为 c2=h2+(πd)2 h Δ=arctan ?d L=Nh (3-2-1) 螺旋天线的辐射特征取螺旋的曲径有亲近关系: ① d/λ<0.18时, 天线的最大辐射标的目的正在取螺旋轴线垂曲的 平面内, 称为法向模式, 此时天线称为法向模式天线(a)所示。 天线 取电波 (a) (b) (c) 图 3-2-2 螺旋天线的辐射特征取螺旋的曲径的关系 天线 取电波 ② 当d/λ≈0.25~0.46 时, 即螺旋天线一圈的长度c正在一个波 长摆布的时候, 天线的辐射标的目的正在天线的轴线标的目的, 此时天线称 为轴向模式天线 (b)所示。 ③ 当d/λ>0.5时, 天线的最大辐射标的目的偏离轴线成两 个标的目的, 标的目的图呈圆锥外形, 如图3-2-2 (c)所示。 1. 因为法向模螺旋天线的电尺寸较小 , 其辐射场能够等效为 电根基振子取磁根基振子辐射场的叠加, 且它们的电流振幅相 等, 相位不异, 如图3-2-3(a)所示。 E=aθEθ+aφEφ (3-2-2) 天线 取电波 z z h ? I d (a ) (b ) 图 3-2-3 (a) 电根基振子取磁根基振子的组合; (b) E面标的目的图 天线 取电波 式中, Eθ和Eφ别离是电根基振子取磁根基振子的辐射场。 N圈螺旋天线的辐射场为 式中, β为相移。设螺旋线 I e ? j?r E= ? (a0 jh ? a? k?b 2 ) sin ? 4? r β=n1k= (3-2-3) 2? n1 ? 因为Eθ和Eφ的时间相位差为 π/2, 所以法向模螺旋天线的辐 ? 射场是椭圆极化波, 呈边射型, 标的目的图呈“8”字形, 如图3-2-3 (b) 所示, 只要当Eθ=Eφ即h=kπb2时, 螺旋天线) 天线 取电波 法向模螺旋天线的辐射效率和增益都较低 , 次要用于超短 波手持式通信机。 2. 轴向模螺旋天线 时, 螺旋天线的一圈的周长接近一个波长, 此时天线上的电流呈行波分布, 则天线的辐射场呈圆极化, 其最 大辐射标的目的沿轴线标的目的。 因为螺旋天线的螺距角较小 , 可将一圈螺旋线看做是平面 圆环, 设一圈的周长等于λ。假设正在t1时辰环上的电流分布如图 3-2-4(a)所示, A、B、 C、D是圆环上的四个对称点, 它们的电 流幅度相等, 标的目的沿圆环的切线标的目的。 因而每点的电流均可分 解为x分量和y分量, 且有 天线 取电波 y A B B A l=? C C D D x (a) (b) 图 3-2-4 平面环的瞬时电流分布 天线 取电波 IAx=IBx ICx=IDx 电流正在轴向的辐射同相叠加, (3-2-5) 正在t1时辰, x标的目的的电流正在轴向的辐射彼此抵消, 而y标的目的的 E=ayE (3-2-6) 假设正在t2=t1+T/4时辰环上的电流分布如图3-2-4(b)所示, A、 B、 C、 D四个对称点上的电流发生了变化, 每点的电流仍可分 解为x分量和y分量, 且有 IAy=IBy ICy=IDy (3-2-7) 天线 取电波 可见正在t2 时辰, y标的目的的电流正在轴向的辐射彼此抵消, 而x 标的目的的电流正在轴向的辐射同相叠加, 即 E=axE (3-2-8) 通过以上的会商能够得出以下结论: 颠末四分之一周期后, 轴向辐射场由y标的目的变为x标的目的, 即场矢量扭转了90°, 但振幅 不变。 顺次类推, 颠末一个周期的时间, 电场矢量将持续地旋 转360°, 从而构成了圆极化波。 螺旋天线可等效为N个类似元(平面圆环)构成的天线阵, 要使整个螺旋天线正在轴向获得最大辐射, 则必需使相邻两圈上 对应点的电流正在轴向发生的场相位差2π, 即 天线 取电波 βl-kh=2π (3-2-9) 式中, βl 为相邻两圈上对应点的电流的相位差 ; kh为相邻 两圈上对应点正在轴向的波程差。 若按式(3-2-9)来拔取l和h, 可使相邻两圈上对应点的电流 正在轴向发生的场相位差2π, 如许天线各圈的场正在轴向同相叠加, 因此正在此标的目的有最大辐射, 但此时标的目的系数不是最大。 要使螺旋天线正在轴向获得最大辐射且标的目的系数最大 , 按照 强标的目的性端射阵前提, 天线的第一圈和最初一圈沿轴向发生的 辐射场的相位差应等于π, 即 Βl-kh=2π+ ? N (3-2-10) 天线 取电波 所以有 1 ? l ? (? ? h ? ) n1 2N (3-2-11) 若按式(3-2-11)来拔取l和h, 天线正在轴向获得最大辐射且 标的目的系数最大, 但不克不及获得抱负的圆极化, 不外当N较大时, 式 (3-2-11)取(3-2-9)不同不大, 此时辐射场接近圆极化。 由式(3-2-11)还能够看到: 当工做波长λ增大或变短时, 波长缩 短系数也随之增大或变小, 成果使等式的左边几乎不变, 从而使 螺旋天线正在必然的带宽内从动调整来满脚获得最大标的目的系数的 前提。 因为正在轴向辐射螺旋天线上电流接近纯行波分布, 所以正在一 定的带宽内, 其变化也不大, 且根基接近纯电阻。别的, 它仅 正在结尾有很小的反射。 天线 宽 频 带 天 线 正在很多场所中, 要求天线有很宽的工做频次范畴。 按工程 上的习法 , 若天线的、标的目的图等电特征正在一倍频程 (fmax/fmin=2)或几倍频程范畴内无较着变化, 就可称为宽频带 天线; 若天线能正在更大频程范畴内(好比fmax/fmin≥10)工做, 而 其、标的目的图等电特征根基上不变化时, 就称为非频变天线. 由前面的阐发可知: 驻波天线的标的目的图和对天线电尺 寸的变化十分。 可否设想一种天线, 当工做频次变化时, 天线的尺寸也随之变化, 即连结电尺寸不变, 则天线能正在很宽 频带范畴内连结不异的辐射特征, 这就频变特征。 现实上, 天线只需满脚以下两个前提, 就能够实现非频变特征。 天线) 天线的外形仅取决于角度, 而取其它尺寸无关, 即 r=r0eaφ (3-3-1) 换句话说, 当工做频次变化时, 天线的外形、 尺寸取波长 之间的相对关系不变, 如图 3-3-1所示。 (2) 现实天线的尺寸老是无限的, 无限尺寸的布局不只是角度 的函数, 也是长度的函数。 因而,当天线为无限长时, 能否具有 近似无限长时的特征, 是可否形成现实的非频变天线的环节。 天线 取电波 r ? r0 图 3-3-1 平面等角螺旋天线 天线 取电波 若是天线上电流衰减很快, 则决定天线辐射特征的次要是 载有较大电流的那部门, 而其余部门感化较小, 若将其截去, 对 天线的电机能影响不大, 如许无限长天线就具有近似无限长天 线的电机能, 这种现象就称为终端效应弱。 终端效应强弱取决 于天线的布局。 满脚上述两前提, 即形成非频变天线。 非频变天线分为两 大类: 等角螺旋天线所示是由两个对称臂构成的平面等角螺旋天线, 它可当作是一变形的传输线, 两个臂的四条边由下述关系确定: 天线 平面等角螺旋天线 天线ea(φδ), r=r0ea(φπ), r=r0e a(φπδ) 正在螺旋天线的始端由电压激励激起电流并沿两臂传输。 当电传播输到两臂之间近似等于半波长区域时 , 便正在此发生谐 振, 并发生很强的辐射, 而正在此区域之外, 电流和场很快衰减。 当添加或降低工做频次时, 天线上无效辐射区沿螺旋线向 里或向外挪动, 但无效辐射区的电尺寸不变, 使得标的目的图和阻 抗特征取频次几乎无关。 尝试证明: 臂上电流正在流过约一个波 长后敏捷衰减到20dB以下, 因而其无效辐射区就是周长约为一 个波长以内的部门。 天线 取电波 平面等角螺旋天线的辐射场是圆极化的, 且双向辐射即正在 天线平面的两侧各有一个从波束, 若是将平面的双臂等角螺旋 天线绕制正在一个扭转的圆锥面上, 则能够实现锥顶标的目的的单向 辐射, 且标的目的图仍然连结宽频带和圆极化特征。平面和圆锥等 角螺旋天线倍频程或者更大。 式(3-3-1)又可写为如下形式: φ= 因而, 等角螺旋天线又称为对数螺旋天线。 下面引见另 一类非频变天线 r ln( ) a r0 (3-3-2) 天线 取电波 对数周期天线的根基布局是将金属板刻成齿状 , 如图 3-3-3 所示, 齿是不持续的, 其长度是由原点发出的两根曲线 之间的夹角所决定, 相邻两个齿的间隔是按照等角螺旋天线 设想中相邻导体之间的距离设想的, 即 rn?1 r0ea (? ?? ) ? a (? ?2? ?? ) ? e?2?a ? ? (小于1的) rn r0e 对于无限长的布局, 当天线的工做频次变化τ倍, 即频次 从f变到τf, τ2f, τ3f … 时, 天线的电布局完全不异, 因而正在这些 离散的频次点f, τf, τ2f … 上具有不异的电特征, 但正在f~τf、 τf~τ2f … 等频次间隔内, 天线的电机能有些变化, 但只需这种 变化不跨越必然的目标, 就可认为天线上根基上具有非频变 特征。 天线 取电波 rn + 1 rn 图 3-3-3 平面临数周期天线 天线 取电波 因为天线机能正在很宽的频带范畴内以 ln 1 为周期反复 ? 变化, 所以称为对数周期天线。 现实上, 天线不成能无限长, 而齿的次要感化是障碍径向 电流。尝试证明: 齿片上的横向电流弘远于径向电流 , 若是齿 长恰等于谐振长度(即齿的一臂约等于λ/4)时, 该齿具有最 大的横向电流, 且附近的几个齿上也具有必然幅度的横向电流, 而那些齿长弘远于谐振长度的各齿, 其电流敏捷衰减到最大值 的30 dB以下, 这申明天线的终端效应很弱, 因而无限长的天线 近似具有无限长天线) 对数周期偶极子天线是由 N 个平行振子天线的布局根据 下列关系设想的: 天线 取电波 ln ?1 rn ?1 d n ?1 ? ? ?r ln rn dn (3-3-3) 此中, l暗示振子的长度; d暗示相邻振子的间距; r暗示由顶 点到振子的垂曲距离。opebet首页 其布局如图 3-3-4 所示, 天线的几何结 构次要取决于参数τ、 α和σ, 它们之间满脚下列关系: ln tana ? rn dn 1? r a? ? 4ln 4 tana (3-3-4) (3-3-5) 天线 rn dn d n +1 d 图 3-3-4 对数周期偶极子天线阵 天线 取电波 N个对称振子天线用双线传输线馈电 , 且两相邻振子交叉 毗连。 当天线馈电后, 能量沿双绞线传输, 当能量行至长度接近 谐振长度的振子, 或者说振子的长度接近于半波长时, 因为发生 谐振, 输入呈现纯电阻, 所以振子上电流大, 构成较强的辐 射场, 我们把这部门称为无效辐射区, 无效区以外的振子, 因为 离谐振长度较远, 输入很大, 因此其上电流很小, 它们对辐 射场的贡献能够忽略。 当天线工做频次变化时, 无效辐射区随 频次的变化而摆布挪动, 但电尺寸不变, 因此, 对数周期天线具 有宽频带特征, 其频带范畴为10或者是15倍频程。目前, 对数周 期天线正在超短波和短波波段获得了普遍使用。 对数周期天线是端射型的、线极化天线, 其最大辐射标的目的 是沿毗连各振子核心的轴线指向短振子标的目的, 电场的极化标的目的 平行于振子标的目的。

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