线天线的尺寸都接近于工作波长的整数倍或半整数倍,也称谐振天线.由于其电特性对于频率的变化很敏感,因而大多为窄带天线.线天线形式有很多,本章主要介绍一些应用较为广泛的几种典型的线天线.
§1.水平对称天线〔Horizontal Antenna〕
双极天线是水平架设的对称阵子天线,其结构简单,架设方便,易于维护,广泛用做短波天线,用于天波的传播. 氮气冷却系统
双极天线的结构
水平架设于地面上的双极天线,由对称双臂、支架和绝缘子构成,结构如下图所示.两臂与地面平行,由单根或多股金属导线构成,导线的直径一般为.两臂之间由绝缘子固定,并通过绝缘子与支架相连,支架距离阵子两端.支架的金属拉线每隔小于的间距加入绝缘子,减小方向图失真. 双极天线的方向性
下图为一架设于地面上的双极天线,架设高度为,天线臂长为.坐标原点到观察点射线的仰角〔与地面夹角〕为,与轴夹角,方位角.
由图可以得到：
则有：
在分析水平天线的辐射场时,常将地面看成是理想导电地,地面对天线辐射性能的影响可用天线的负镜像来替代.双极天线的方向函数为对称阵子元函数和其负镜像阵函数的乘积,即为：
根据上式,可以画出双极天线的立体方向图.固定天线架设高度,改变双极天线的臂长得到的立体方向图见图3.2〔1〕；固定双极天线的臂长,改变天线的架设高度得到的方向图如图3.2〔2〕所示.
双极天线的方向特性的分析：
（1）垂直平面方向图
垂直平面是指垂直于地面并通过天线最大辐射方向的平面,即图3.1中的压片机模具平面.
当时,双极天线的方向函数变成：
将代入双极天线的方向函数,可得
垂直平面的方向图如上图所示〔〕.
垂直面方向图特点：
a)阵元的方向图是圆,天线的方向图形状仅由地因子决定.
b)只是的函数,与无关.改变架设高度可控制垂直平面的方向图.
c)沿地面方向〔〕无辐射,双极天线不能用做地波通信.
d)时,最大辐射方向为,在范围内场强变化不大.适用于以内的天波通信.
e)时,出现多个最大辐射方向,越高,波瓣数越多,靠近地面的第一波瓣越低.第一波瓣最大辐射仰角可由下式求出：
得到：
天线架设时,应使第一波瓣的最大仰角等于通信仰角.由通信仰角就可确定天线的架设高度,即：
可见,通信距离越远,越小,要求架设高度越高.
（2）水平平面方向图
水平平面方向图是在辐射仰角一定的平面上,天线辐射场强随方位角的变化关系图.方向函数为：
式中地因子与无关,当天线的仰角一定时,只影响合成场的大小,不影响方向图的形状,水平面内的方向图形状完全由元函数决定.下图给出了与时,水平面方向图随仰角的变化.
水平面方向图特点：
a)与架设高度无关.
b)与自由空间对称阵子相同,水平平面内方向图形状取决于.当时,最大辐射方向在usb存储器方向；当时,在方向辐射很小或无辐射.一般取.
c)仰角越大,方向性越弱.
综合垂直面和水平面方向图特点,得到如下结论：
A)控制,可控制水平面方向图；控制,可控制垂直面方向图.
cn-m
B)架设高度时,在高仰角方向辐射最强,可用作距离内的通信.
C)远距离通信时,根据通信距离确定通信仰角,再由确定dddt.
D)臂长应取,确保方向辐射最强.
输入阻抗与方向系数
理论计算天线输入阻抗的方法一般误差较大,通常采用实际测量来确定天线的阻抗.双极天线的输入阻抗随频率变化关系曲线如图3.4所示.
蓝组合
在图示的频带内,双极天线的输入阻抗对频率变化较为敏感,因此要使天线在宽频带内工作,必须在天线与馈线之间采取阻抗匹配措施.
双极天线的方向系数可由下式求得：
--最大辐射方向的方向函数
--天线的辐射电阻
图3.5给出了地面为理想导电平面、架设高度时,天线方向系数与臂长的关系曲线.
1.2 笼形天线〔Cage Antenna〕
双极天线的输入阻抗随频率变化较大,是一种窄频带天线.为了展宽带宽,可采用加粗天线阵子直径的办法.通常将几根导线排成圆柱形组成阵子的两臂,这种天线称为笼形天线,结构如图3.5所示.
笼形天线两臂通常由6~8根细导线构成,每根导线直径为3~5mm,笼形直径约为1~3m,特性阻
抗为250~400Ω.笼形天线的输入阻抗在频段内变化较为平缓,工作带宽较宽.
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