第6章
6.1 行波线天线
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
I m jL / 2 jz I(z)=Im sinβ(L/2-z)= e (e e jLe jz ) 2j
式中, 第一项表示从馈电点向导线末端传输的行波; 第二项表示 从末端反射回来的从导线末端向馈电点传输的行波 ; 负号表示 反射系数为1。 当终端不接负载时, 来自激励源的电流将在终端全部被反射。 这样, 振幅相等、传输方向相反的两个行波叠加就形成了驻波。 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, 输入阻抗具有明显的谐振特性, 因此, 一般情况下工作 频带较窄。
对于无限长的结构, 当天线的工作频率变化τ倍, 即频率从f变到
τf, τ2f, τ3f … 时, 天线的电结构完全相同, 因此在这些离散的频率点f,
τf, τ2f … 上具有相同的电特性, 但在f~τf、 τf~τ2f … 等频率间隔内, 天线的电性能有些变化, 但只要这种变化不超过一定的指标, 就可
第6章
图 6–10 螺旋天线的辐射特性与螺旋的直径的关系
第6章
③ 当D/λ＞0.5时, 天线的最大辐射方向偏离轴线分裂成两 个方向, 方向图呈圆锥形状,称为圆锥模式天线，如图 6-10(c)所 示。 1. 法向模螺旋天线 由于法向模螺旋天线的直径电尺寸较小, 其辐射场可以等 效为电基本振子与磁基本振子辐射场的叠加, 且它们的电流振幅相等, 相位相同, 如图 6 - 11(a)所示。 每一圈螺旋天线的辐射场为
C

第6章第6章 Nhomakorabea6章轴向模螺旋天线通用设计图
第6章
第6章
第6章
第6章
6.3 双锥天线
第6章
第6章
第6章
第6章
第6章
锥台天线（盘锥天线）
第6章
第6章
第6章
6.4 套筒天线
第6章
第6章
第6章
第6章
6.5 非频变天线的原理
在许多场合中, 要求天线有很宽的工作频率范围。 按工程 上的习惯用法, 若天线的阻抗、方向图等电特性在比带宽等于 2（fmax/fmin=2）且小于10范围内无明显变化, 就可称为宽频带 天线; 若天线能在更大比带宽范围内（比如fmax/fmin≥10）工作, 而其阻抗、方向图等电特性基本上不变化时, 称为非频变天线。 1. 非频变天线的条件 由前面的分析可知: 驻波天线的方向图和阻抗对天线电尺
第6章
半功率波瓣宽度、增益
适用于12<<15 ,3/4<C<4/3和N>3的轴向模螺旋天线 带宽：
第6章
轴比
2N 1 AR 2N
极化旋向取决于螺旋线绕向，右（左）手绕向的螺旋线 为右（左）旋圆极化天线 由于轴向模螺旋天线是行波天线，一般输入阻抗几乎为 纯电阻，输入电阻经验公式为
RA 140
e E k D I sin 4 4r
2 2

jkr
第6章
N圈螺旋天线的辐射场为
Nu 0I e D ˆ ˆ E (jS k ) sin 4 r 4
2
jr
由于Eθ和Eυ的相位差为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, 方向图呈“8”字形, 如图 8 - 12(b)所 示。
1. 行波单导线天线的方向图 若天线终端接匹配负载, 则天线上电流为行波分布: It(z)=Ime -jβz (6 - 4)
忽略地面的影响, 行波天线的辐射场为
第6章
第6章
经积分得
1 j 60I 0 sin l j [ r 2 (1cos )] E sin (1 cos)e r 1 cos 2
在螺旋天线的始端由电压激励激起电流并沿两臂传输。
当电流传输到两臂之间近似等于半波长区域时, 便在此发生谐 振, 并产生很强的辐射, 而在此区域之外, 电流和场很快衰减。
当增加或降低工作频率时, 天线上有效辐射区沿螺旋线向
里或向外移动, 但有效辐射区的电尺寸不变, 使得方向图和阻 抗特性与频率几乎无关。 实验证明: 臂上电流在流过约一个波 长后迅速衰减到20dB以下, 因此其有效辐射区就是周长约为一 个波长以内的部分。
6.7 对数周期天线 (1) 齿状对数周期天线
对数周期天线的基本结构是将金属板刻成齿状, 如图33 所示,
齿是不连续的, 其长度是由原点发出的两根直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计中相邻导体之间的距 离设计的, 即
（n 1） 2 ) rn 1 r0e a( 2a e (展开率) a( n 2 ) rn r0e
ˆE ˆE E
第6章
z z
h

I d (a ) (b )
图 6 - 11法向模螺旋天线的辐射特性分析
(a) 电基本振子与磁基本振子的组合;(b) E， E方向图
第6章
式中, Eθ和Eυ分别是电基本振子与磁基本振子的辐射场。
e jkr E jkIS sin 4r
2. 平面等角螺旋天线
如图 2 所示是由两个对称臂组成的平面等角螺旋天线, 它 可看成是一变形的传输线, 两个臂的四条边由下述关系确定:
第6章
图 2 平面等角螺旋天线
第6章
第6章
r =r0 e aυ,
1
r =r0ea(υ-δ), r =r0ea(υ-π), r =r0ea(υ-π-δ)
2 3 4
第6章
第6章
如果天线上电流衰减很快, 则决定天线辐射特性的主要是 载有较大电流的那部分, 而其余部分作用较小, 若将其截去, 对
天线的电性能影响不大, 这样有限长天线就具有近似无限长天 线的电性能, 这种现象就称为终端效应弱。 终端效应强弱取决 于天线的结构。 非频变天线分为两大类: 等角螺旋天线和对数周期天线。
第6章
螺旋天线可等效为N个相似元（平面圆环）组成的天线阵, 要使整个螺旋天线在轴向获得最大辐射,其方向图函数为
第6章
第6章
第6章
第6章
在轴向模螺旋天线上，行波模自然形成汉森－伍德亚德增 强方向性端射阵条件，即
h ( S 2
N )
沿螺旋线传播长为L的一圈的相移为
h h L
300°
300°
(a )
(b )
图 6–2 l=4λ和8λ时行波单导线方向图
第6章
由上式可见, 当L/λ较大, 工作波长改变时, 最大辐射方向θm 变化不大。
第6章
行波长线天线的辐射电阻是200~300。 端接电阻必须等于辐射电阻值。
第6章
第6章
第6章
6.2 螺旋天线
将导线绕制成螺旋形线圈而构成的天线称为螺旋天线。 通常它带有金属接地板（或接地网栅）, 由同轴线馈电, 同轴 线的内导体与螺旋线相接, 外导体与接地板相连, 其结构如图6 - 9 所示。螺旋天线是常用的圆极化天线。 螺旋天线的参数有: 螺旋直径D； 螺距S,S=Ctg； L C 2 S 2 圈数N； 一圈的长度L， 轴向长度h,h=NS； 螺旋天线的周长C，C=D； S 螺距角 ， arctg
第6章
如果天线上电流分布是行波, 则此天线称为行波天线。 通 常, 行波天线是由导线末端接匹配负载来消除反射波而构成, 如
图6-1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性、较高的增益及较宽的带 宽, 因此在短波、 超短波波段都获得了广泛的应用。 但由于部 分能量被负载吸收, 所以天线效率不高。
第6章
图 8 – 4 平面环的瞬时电流分布
第6章
IAx=IBx
ICx=IDx
在t1时刻, x方向的电流在轴向的辐射相互抵消, 而y方向的
电流在轴向的辐射同相叠加, 即
E=ayE
第6章
假设在t2=t1+T/4时刻环上的电流分布, 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
E kIS 2S AR E k 2 D 2 I D 2 4
圆极化条件
C D 2S
法向模螺旋天线的辐射效率和增益都较低, 主要用于超短波手 持式通信机。
第6章
第6章
2. 轴向模螺旋天线 当D/λ≈0.25~0.45 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 大辐射方向沿轴线方向。 由于螺旋天线的螺距角较小 , 可将一圈螺旋线看作是平面 圆环, 设一圈的周长等于λ。假设在t1时刻环上的电流分布如图 8 - 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, 方向沿圆环的切线方向。 因此每点的电流均可分解 为x分量和y分量, 且有
寸的变化十分敏感。 能否设计一种天线, 当工作频率变化时,
天线的尺寸也随之变化, 即保持电尺寸不变, 则天线能在很宽 频带范围内保持相同的辐射特性, 这就是非频变特性。
第6章
相似原理：是指若天线的所有尺寸和工作频率（或 波长）按相同的比例变化，天线的性能将保持不变。
换言之，若天线的电尺寸保持不变，天线的性能也 将不变。 相似原理（缩比原理），它是非频变天线的理论依 据，也可用于天线的缩尺模型测量。 产生宽带性能的特征有：
第6章
90° 4.1632 120°
3.1224
90° 5.9508 6 0° 30° 150° 120°
4.7607 3.5705
6 0°
150°
2.0816 1.0408
2.3803 1.1902
3 0°
180°
0°
180°
0°
210°
330°