天线8.1_端射天线.pdf

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1、2013.4.20主要内容端射天线如何实现端射引向天线八木天线介绍寄生单元的作用与工作原理方向性八木天线的阻抗背射天线结构与原理端射天线端射天线比较端射阵的特点，思考端射天线的电流特点。八木定向天线其增益可达10~15dB引向天线引向天线引向天线(YagiUdaAntenna)最早由日本Uda（宇田）用日文（1926年），Yagi（八木）用英文（1927年）先后作了介绍，故常称“八木—宇田”天线。图8―1引向天线它是一个紧耦合的寄生振子端射阵，结构如图8―1所示，由一个(有时由两个)有源振子及若干个无源振子构成。有源振子近似为半波

2、振子，主要作用是提供辐射能量；无源振子的作用是使辐射能量集中到天线的端向。其中稍长于有源振子的无源振子起反射能量的作用，称为反射器；较有源振子稍短的无源振子起引导能量的作用，称为引向器。无源振子起引向或反射作用的大小与它们的尺寸及离开有源振子的距离有关。通常有几个振子就称为几单元或几元引向天线。例如下图中天线共有五个振子，就称五元引向天线。由于每个无源振子都近似等于半波长，中点为电压波节点；各振子与天线轴线垂直，它们可以同时固定在一根金属杆上，金属杆对天线性能影响较小；不必采用复杂的馈电网络，因而该类天线具有体积不大、结构简单、牢固、便于转动、馈电

3、方便等优点。其增益可以做到十几个分贝，具有较高增益。缺点是调整和匹配较困难，工作带宽较窄。8.1引向天线的工作原理1.引向器(Director)与反射器(Reflector)为了分析产生“引向”或“反射”作用时振子上的电流相位关系，我们先观察两个有源振子的情况。设有平行排列且相距λ/4的两个对称振子，如图8―2所示。若两振子的电流幅度相等，但振子“2”的电流相位超前振子“1”90°，即I=Iej90°，如图8-2（a）所示。此时21在φ=0°方向上,振子“2”的辐射场要比振子“1”的辐射场少走λ/4路程，“1”“2”I＝Iej90°“1”“2”I＝Ie

4、－j90°2121II11E＝0E＝0E＝EE＝Emaxmax/4/4(a)图8-2引向天线原理(b)(a)振子“2”为反射器；(b)振子“2”为引向器即由路程差引起的相位差，振子“2”超前于振子“1”90°，同时，振子“2”的电流相位又超前振子“1”的电流相位90°，则两振子辐射场在φ=0°方向的总相位差为180°，因而合成场为零。反之，在φ=180°方向上，振子“2”的辐射场要比振子“1”的辐射场多走λ/4路程，相位落后90°，但其电流相位却领先90°，则两振子辐射场在该方向是同相相加的，因而合成场强最大。在其它方向上，两振子辐射场的路程差所

5、引起的相位差为(π/2)cosφ，而电流相位差恒为π/2。因而合成场强介于最大值与最小值(零值)之间。所以当振子“2”的电流相位领先于振子“1”90°，即I=Iej90°21时，振子“2”的作用好像把振子“1”朝它方向辐射的能量“反射”回去，故振子“2”称为反射振子(或反射器)。如果振子“2”的馈电电流可以调节，使其相位滞后于振子“1”90°，即I=Ie-j90°，如图8-2（b）所示，则其结21果与上面相反，此时振子“2”的作用好像把振子“1”向空间辐射的能量引导过来，则振子“2”称为引向振子(或引向器)。“1”“2”I＝Iej90°“1”“2”I＝I

6、e－j90°2121II11E＝0E＝0E＝EE＝Emaxmax/4/4图8-2引向天线原理(a)(b)(a)振子“2”为反射器；(b)振子“2”为引向器现在继续分析这一问题。如果将振子“2”的电流幅度改变一下，例如减小为振子“1”的1/2，它的基本作用会不会改变呢？此时，E2对E1的相位关系并没有因为振幅变化而改变，虽然在φ=0°方向，E=1.5E1,在φ=180°方向，E=0.5E1,但相对于振子“1”，振子“2”仍然起着引向器的作用。这一结果使我们联想到：在一对振子中，振子“2”起引向器或反射器作用的关键不在于两振子的电流幅度关系，而主要在

7、于两振子的间距以及电流间的相位关系。实际工作中，引向天线振子间的距离一般在0.1λ~0.4λ之间，在这种条件下，振子“2”对振子“1”的电流相位差等于多少才能使振子“2”成为引向器或反射器呢？下面作一般性分析。为了简化分析过程，我们只比较振子中心联线两端距天线等距离的两点M和N处辐射场的大小（图8-3）。若振子“2”所在方向的M点辐射场较强，则“2”为引向器；反之，则为反射器。设I=mIejα，间21距d=0.1λ~0.4λ，则在M点E对E的相位差Ψ=α+kd。21“1”“2”NMd图8-3根据d的范围,36°≤kd≤144°。如果0°<α<180°，

8、即I的初相导前于I时，在N点E对E导前的电流相2121位差将与落后