《简单线天线》

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1、第2章简单线天线2.1水平对称天线2.2直立天线2.3环形天线2.4引向天线与背射天线2.1水平对称天线在通信、电视或其它无线电系统中，常使用水平天线(HorizontalAntenna)。水平架设天线的优点是：（1）架设和馈电方便；（2）地面电导率对水平天线方向性的影响较垂直天线的小；（3）可减小干扰对接收的影响。因为水平对称天线辐射水平极化波，而工业干扰大多为垂直极化波，故可以减少干扰对接收的影响，这对短波通信是有实际意义的。2.1.1双极天线双极天线即水平对称振子(HorizontalSymmetric

2、alDipole)，如图2―1―1所示，又称π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3～6mm。天线臂与地面平行，两臂之间有绝缘子。天线两端通过绝缘子与支架相连，为降低天线感应场在附近物体中引起的损耗，支架应距离振子两端2～3m。为了降低绝缘子介质损耗，绝缘子宜采用高频瓷材料。支架的金属拉线中亦应每相隔小于λ/4的间距加入绝缘子，这样使拉线不至于引起方向图的失真。图2―1―1双极天线结构示意图由图2―1―1可见，这种天线结构简单

3、，架设撤收方便，维护简易，因而是应用广泛的短波天线，适用于天波传播。当天线一臂的长度l=12m或22m时，天线特性阻抗通常为1000Ω左右，馈线使用H=10m长的双导线，馈线特性阻抗为600Ω。这就是移动通信常用的44m（即2H+2l长度）或64m双极天线。当其架设高度小于0.3λ，向高空方向（仰角90°）辐射最强，宜作300km范围内通信用天线。当天线距离较远时，这种天线增益较低，方向性不强，且工作频段较窄。1.双极天线的方向性由于双极天线主要用于天波传播，而天波传播时，电波射线以一定仰角入射到电离层后又被

4、反射回地面，从而构成甲乙两地的无线电通信，通信距离与电波射线仰角有密切关系。为了便于描绘场强随射线仰角Δ和方位角φ的变化关系，一般直接用Δ、φ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θ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―2在分析天线的方向性时，可以把地面看作是理想导电地，因为在大多数情况下水平极化波地面反射系数都接近-1，可用地面下的负镜像天线来代替地面对辐射的影响。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利用该式可得(2―1―2)(2

5、―1―3)根据该表达式，可以画出双极天线的立体方向图，图2―1―3表示双极天线在不同臂长情况下的方向图，图2―1―4表示在不同架高时的方向图。图2―1―3图2―1―4为了便于分析，我们在研究天线方向性时，通常总是研究两个特定平面的方向性，例如在研究自由空间天线方向性时，往往取两个相互垂直的平面即E面和H面作特定平面。但在研究地面上的天线方向性时，一方面要考虑地面的影响，另一方面要结合电波传播的情况选取两个最能反映天线方向性特点的平面，通常选取铅垂平面和水平平面，这两个平面具有直观方便的特点。所谓铅垂平面，就是

6、与地面垂直且通过天线最大辐射方向的垂直平面。鉴于实际天线的臂长l<0.7λ，单元天线最大辐射方向垂直于对称振子，故取振子的H面为垂直平面，在图2―1―2中，xOz平面就是双极天线的垂直平面。水平平面是指对应一定的仰角Δ，固定r（OP），观察点P绕z轴旋转一周所在的平面，在该平面上P点场强随φ变化的相对大小即为双极天线的水平平面方向图。下面分别讨论天线的垂直平面和水平平面方向图。1）垂直平面方向图图2―1―2中，φ=0°的xOz面即为双极天线的垂直平面。将φ=0°代入式（2―1―3）,可得fxOz(Δ,φ=0°

7、)=

8、1-coskl

9、·

10、2sin(kHsinΔ)

11、(2―1―4)由于单元天线的xOz面方向图是圆，故双极天线的垂直平面方向图形状仅由地因子决定。地因子方向图可以参考第1章图1―7―4。垂直平面方向图也可从立体图图2―1―4按垂直于振子轴（即xOz面）进行切割获得。垂直平面方向图具有下列特点：(1)垂直平面方向图只与H/λ有关，而与l/λ无关。这是因为，不管单元振子有多长，元因子在垂直于振子轴的平面内方向图恒为一个圆。故可用改变天线架设高度H/λ来控制垂直平面内的方向图。(2)无论H/λ为何值，沿地面方向（即

12、Δ=0°方向）均无辐射。这是由于天线与其镜像在该方向的射线行程差为零，且两者电流反相，因而辐射场互相抵消。所以，这种天线不能用作地波通信。(3)当H/λ≤0.25或放宽到H/λ≤0.3时，最大辐射方向在Δ=90°，在Δ=60°～90°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，我们称这种天线为高射天线。这种架设不高的双极天线，通常应用在0～300km内的天波通信中。(4)当H/λ>0.3