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1、第第2 2章章 简单线天线简单线天线 双极天线双极天线 双极天线即水平对称振子双极天线即水平对称振子(Horizontal Symmetrical Dipole)，如图如图211所示，又称所示，又称型天线。天线的两臂可用单根硬拉黄铜型天线。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，一般为机械强度和功率容量决定，一般为36mm。天线臂与地面平行，。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

2、感应场在附近物体中引起的损耗，支架应距离振子两端线感应场在附近物体中引起的损耗，支架应距离振子两端23m。为了降低绝缘子介为了降低绝缘子介质损耗，绝缘子宜采用质损耗，绝缘子宜采用高频瓷材料。支架的金高频瓷材料。支架的金属拉线中亦应每相隔小属拉线中亦应每相隔小于于/4的间距加入绝缘子，的间距加入绝缘子，这样使拉线不至于引起这样使拉线不至于引起方向图的失真。方向图的失真。第2页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 图211 双极天线结构示意图 23 m双馈线馈线绝缘子绝缘子llH第3页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 由图由图211可见，这种天线结构简单，架设撤收方便，

3、可见，这种天线结构简单，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。维护简易，因而是应用广泛的短波天线，适用于天波传播。当天线一臂的长度当天线一臂的长度l=12m或或22m时，天线特性阻抗通常为时，天线特性阻抗通常为1000左右，馈线使用左右，馈线使用H=10m长的双导线，馈线特性阻抗为长的双导线，馈线特性阻抗为600。这就是移动通信常用的。这就是移动通信常用的44m（即（即2H+2l长度）或长度）或64m双双极天线。当其架设高度小于极天线。当其架设高度小于0.3，向高空方向（仰角，向高空方向（仰角90）辐）辐射最强，宜作射最强，宜作300km范围内通信用天线。当天线距离

4、较远时，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。这种天线增益较低，方向性不强，且工作频段较窄。第4页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 1.双极天线的方向性双极天线的方向性 由于双极天线主要用于天波传播，由于双极天线主要用于天波传播，而天波传播时，电波射线以一定仰而天波传播时，电波射线以一定仰角入射到电离层后又被反射回地面，角入射到电离层后又被反射回地面，从而构成甲乙两地的无线电通信，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系。为了便于描绘场强随射线仰角和方位

5、角和方位角的变化关系，一般直接用的变化关系，一般直接用、作自变量表示天线的方向性，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而不使用射线与振子轴之间的夹角作方向作方向(211)sincoscosPOOAOPPOOPOAyAxOHPPz函数的自变量。按图函数的自变量。按图212中的几何关系，可得中的几何关系，可得图图 212第5页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 在分析天线的方向性时，可以把地面看作是理想导电地，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，可用

6、地面下的负镜像天线来代替地面对辐射的影响。用地面下的负镜像天线来代替地面对辐射的影响。利用该式可得利用该式可得 22sin1cossin(212)无限大导电地面的影响可用水平振无限大导电地面的影响可用水平振子天线的镜像来替代子天线的镜像来替代,因此因此,架设在理想架设在理想导电地面上的水平振子天线的辐射场可导电地面上的水平振子天线的辐射场可以用该天线及其镜像所构成的二元阵来以用该天线及其镜像所构成的二元阵来分析；分析；但应注意该二元阵的两天线元但应注意该二元阵的两天线元是同幅反相的是同幅反相的,如果地面上的天线相位如果地面上的天线相位为零为零,则其镜像的相位就是则其镜像的相位就是,如图如图 所

7、示。所示。zxyrHHI-I2l1r2rr第6页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 zxyrHHI-I2l1r2rr122sinrrrH (,)12cos22cos2 sin22sinsinjakkeHHfm()2sinEk rkH ,1m于是此二元阵阵因子：于是此二元阵阵因子：阵元阵元122cos(cos)cos,sincos(cossin)cos1 cossinklklfklkl第7页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 根据该表达式，可以画出双极天线的立体方向图，根据该表达式，可以画出双极天线的立体方向图，图图213表示双极天线在不同臂长情况下的方向图，表示双极

8、天线在不同臂长情况下的方向图，图图214表示在不同架高时的方向图。表示在不同架高时的方向图。观察立体动画观察立体动画方向图方向图22cos(cossin)cos(,)2sin(sin)1cossinklklfkH 由自由空间对称振子方向函数和负镜像阵因子按方向图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乘积定理得(213)第8页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 图 213 第9页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 图 214 第10页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 为了便于分析，我们在研究天线方向性时，通常为了便于分析，我们在研究

9、天线方向性时，通常总是研究两个特定平面的方向性，例如：总是研究两个特定平面的方向性，例如：自由空间天线：自由空间天线：在研究自由空间天线方向性时，往往取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，即两个相互垂直的平面，即E面和面和H面作特定平面。面作特定平面。地面上的天线：地面上的天线：但在研究地面上的天线方向性时，一方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取铅

10、垂平面和水平平面，这两个平面具有直观方便的特点。特点。第11页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 所谓所谓铅垂平面铅垂平面，就是与地面垂直且通过天线最大辐射方，就是与地面垂直且通过天线最大辐射方向的垂直平面。向的垂直平面。鉴于实际天线的臂长鉴于实际天线的臂长l0.7，单元天线最大辐射方向垂直，单元天线最大辐射方向垂直于对称振子，故取振子的于对称振子，故取振子的H面为垂直平面，在图面为垂直平面，在图212中，中，xOz平面就是双极天线的垂直平面。平面就是双极天线的垂直平面。yAxOHPPz 水平平面水平平面是指对应一定的仰角是指对应一定的仰角，固，固定定r（OP），观察点），观察点

11、P绕绕z轴旋转一周所在轴旋转一周所在的平面，在该平面上的平面，在该平面上P点场强随点场强随变化的变化的相对大小即为双极天线的水平平面方向相对大小即为双极天线的水平平面方向图。图。下面分别讨论天线的垂直平面和水下面分别讨论天线的垂直平面和水平平面方向图。平平面方向图。r常数常数第12页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 1）垂直平面方向图（）垂直平面方向图（）图图212中，中，的的xOz面即为双极天线的垂直平面。面即为双极天线的垂直平面。将将 代入式（代入式（213）,可得可得 yAxOHPPz22cos(cossin)cos(,)2sin(sin)1 cossinklklfkH0

12、o(,0)1 cos2sin(sin)oxozfklkH(214)0o0o由于单元天线的由于单元天线的xOz面方向图是圆面方向图是圆（与（与仰角仰角无关）无关），故双极天线的垂直平面，故双极天线的垂直平面 方向图方向图形状仅由地因子决定。形状仅由地因子决定。地因子方向图可以参考地因子方向图可以参考第第1章图章图174。垂直平。垂直平面方向图也可从立体图图面方向图也可从立体图图21 4按垂直于振子轴按垂直于振子轴（即（即xOz面）进行切割获面）进行切割获得。得。0o 1801501209060300H0.3H0.51801501209060300H0.3H0.5图图174 镜像时的阵因子随天线架

13、高的变化镜像时的阵因子随天线架高的变化 (a)正镜像；正镜像；(b)负镜像负镜像 第13页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 第14页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 将折合振子“还原”成图2414的短路线时，两段/4线的特性阻抗不等。第214页/共218页图2117 相互垂直的 两个电基本振子15时，前向增益几乎与d无关。第201页/共218页5的平行双导线串联起来，根据环的数目，这些环组分别称为2L形、4L形、6L形双环天线，如图238所示。图2415 对称振子的平衡与不平衡馈电式中,J0和J2分别是第一类0阶和2阶贝塞尔函数。一般的引向天线长度L/不是很大，

14、它的方向系数只有10左右。形天线、形天线及斜天线所以，这种天线不能用作地波通信。针对同轴线馈电时产生不平衡的原因，大体上有三种方法可以使之平衡：一是扼止I4，即在馈电点让I4=0，/4扼流套即基于此原理；第200页/共218页按图212中的几何关系，可得图2419 U形管及其等效电路当电尺寸很小时，小环天线实际上相当于一个带有少量辐射的电感器，它的辐射电阻很小，其值通常小于导线的损耗电阻Rl，因而天线辐射效率很低，其效率由下式计算:馈电点以上的部分为上辐射体，又称上鞭，它是同轴线内导体的延伸；还有一种就是让振子的两臂均接同轴线内导体，形成对“地”自然平衡，与此同时，还要保证两臂等幅馈电，U形管

15、就是这样做的。电波在两个反射盘之间来回反射，其中一部分越过小反射盘向外辐射。（3）H面的半功率波瓣宽度比E面宽，一般情况下输入阻抗都有一非零值的电抗成分，可以微调主环的尺寸、线径、反射环以及第一、二个引向环的几何参数并采用匹配装置,以满足馈线与驻波比的要求。2，共25元，其增益在20dB以上，用同轴线直接馈电。第15页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 第16页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 垂直平面方向图具有下列特点：垂直平面方向图具有下列特点：(1)垂直平面方向图（垂直平面方向图（）只与）只与H/有关，而与有关，而与l/无关。这无关。这是因为，不管单元振子有

16、多长，元因子在垂直于振子轴的平面是因为，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内方向图恒为一个圆。故可用改变天线架设高度H/来控制垂直来控制垂直平面内的方向图。平面内的方向图。(2)无论无论H/为何值，沿地面方向（即为何值，沿地面方向（即=0方向）均无辐方向）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。地波通信。0o(3)当当H/0.25或放宽到或放宽到H/0

17、.3时，最大辐射方时，最大辐射方向在向在=90，在，在=6090范围内场强变化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，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，通常应用在极天线，通常应用在0300km内的天波通信中。内的天波通信中。(,0)1 cos2sin(sin)oxozfklkHyAxOHPPz（H/为为参变量）0o同时同时 即即x方向方向第17页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 由于天线的效率=1，半波折合振子的输入功率Pin等于它的辐射功率Pr，令式（246）与

18、（247）相等，便可以求得在短单极天线中部某点加入一定数值的感抗，就可以部分抵消该点以上线段在该点所呈现的容抗，从而使该点以下线段的电流分布趋于均匀，如图227所示，它对加感点以上线段的电流分布并无改善作用。振 特 性 很 快 消失；反射器：00.3时，最强辐射方向不止一个，时，最强辐射方向不止一个，H/越高，波瓣数越高，波瓣数越多，靠近地面的第一波瓣越多，靠近地面的第一波瓣m1越低。越低。即越靠近地面。即越靠近地面。第一波瓣的最大辐射仰角第一波瓣的最大辐射仰角m1可根据式（可根据式（214）求出，）求出，令令 sin(kHsinm1)=1(,0)1 cos2sin(sin)oxozfklkH

19、 在架设天线时，应使天线的最大辐射仰角在架设天线时，应使天线的最大辐射仰角m1等于通信仰等于通信仰角角0。根据通信仰角。根据通信仰角0就可求出天线架设高度就可求出天线架设高度H，即，即得得 1arcsin4mH(215)04sinH(216)第18页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 当双极天线用当双极天线用作天波通信时，工作天波通信时，工作距离愈远，通信作距离愈远，通信仰角仰角0愈低，则要愈低，则要求天线架设高度越求天线架设高度越高。高。(5)当地面不是当地面不是理想导电地时，不理想导电地时，不同架设高度的同架设高度的天线在垂直平面内的方向图的变化规律与理想导电地基本相同，天线

20、在垂直平面内的方向图的变化规律与理想导电地基本相同，只是场强最大值变小，最小值不为零只是场强最大值变小，最小值不为零,最大辐射方向稍有偏移。最大辐射方向稍有偏移。不同地质对水平振子方向性影响不大。不同地质对水平振子方向性影响不大。第19页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 2）水平平面方向图）水平平面方向图 水平平面方向图就是在辐射仰角水平平面方向图就是在辐射仰角一定的平面上，天一定的平面上，天线辐射场强随方位角线辐射场强随方位角的变化关系图。显然这时的场强既的变化关系图。显然这时的场强既不是单纯的垂直极化波，也不是单纯的水平极化波。方向不是单纯的垂直极化波，也不是单纯的水平极化

21、波。方向函数如式（函数如式（213）所示（式中）所示（式中固定），即方向函数是固定），即方向函数是下列地因子与元因子的乘积下列地因子与元因子的乘积:122()2 sin(sin)cos(cossin)cos(,)1cossinfkHklklf(217)(218)22cos(cossin)cos(,)2sin(sin)1 cossinklklfkHyAxOHPPz因为地因子与方位角因为地因子与方位角无关，所以水平平面内的方向图形状仅无关，所以水平平面内的方向图形状仅由元因子由元因子f1(,)决定。决定。第20页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 图图215和图和图216分别给出了分

22、别给出了l/=0.25及及l/=0.50时双极天时双极天线在理想导电地面上不同仰角时的水平平面方向图。线在理想导电地面上不同仰角时的水平平面方向图。图图215 l/=0.25时双极天线水平平面方向图时双极天线水平平面方向图Oyx(a)Oyx(b)yxO(c)图图216 l/=0.5时双极天线水平平面方向图时双极天线水平平面方向图 xyOxyOxOy(a)(b)(c)20;40;60oooabc 20;40;60oooabc 第21页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 zxyrHHI-I2l1r2rr由图可以看出：由图可以看出：(1)双极天线水平平面方向图与架高双极天线水平平面方向

23、图与架高H/无无关。因为当关。因为当参变量参变量H/为一个定值，为一个定值，仰角一仰角一定而定而变化时，直射波与反射波的波程差变化时，直射波与反射波的波程差不变，镜像的存在只影响合成场的大小。不变，镜像的存在只影响合成场的大小。22cos(cossin)cos(,)2sin(sin)1 cossinklklfkH122sinrrrH （H/为为参变量，参变量，H/为某值时，因仰角一定为某值时，因仰角一定,变化时，故变化时，故地面因子为一常数，只影响地面因子为一常数，只影响 大小大小;换一个换一个H/值，地面地面因子为另一常数，不改变方向图形状）因子为另一常数，不改变方向图形状）(,)f第22页

24、/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 (2)水平平面方向的形状取决水平平面方向的形状取决于于l/，方向图的变化规律与，方向图的变化规律与自由空间对称振子的相同自由空间对称振子的相同,l/越小越小,方向性越不明显。当方向性越不明显。当l/0.7时时（没画），（没画），在在=0方向辐方向辐射很少或没有辐射。因此射很少或没有辐射。因此,一一般应选择天线长度般应选择天线长度l/0.7。yAxOHPPz第23页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 (3)仰角越大时，水仰角越大时，水平平面方向性越不显著。平平面方向性越不显著。因 为 方 向 性 决 定 于因 为 方 向 性 决 定

25、 于cossin，当仰角越大时，当仰角越大时，的变化引起的场强变化的变化引起的场强变化越小。因此，当用双极天越小。因此，当用双极天线作高仰角辐射时，振子线作高仰角辐射时，振子架设的方位对工作影响不架设的方位对工作影响不大，甚至顺着天线轴线方大，甚至顺着天线轴线方位仍能得到足够强的信号。位仍能得到足够强的信号。由于高仰角水平平面方向性不明显由于高仰角水平平面方向性不明显,因此在短波因此在短波300 km以以内距离的通信时内距离的通信时,常把它作全方向性天线使用。常把它作全方向性天线使用。22cos(cossin)cos(,)2sin(sin)1 cossinklklfkHo90cos900o 第

26、24页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 综合双极天线垂直平面和水平平面方向图的分析，综合双极天线垂直平面和水平平面方向图的分析，可得如下重要结论：可得如下重要结论：(1)天线的长度只影响水平平面方向图，而对垂直天线的长度只影响水平平面方向图，而对垂直平面方向图没有影响。架设高度只影响垂直平面方向平面方向图没有影响。架设高度只影响垂直平面方向图，而对水平平面方向图没有影响。因此控制天线的图，而对水平平面方向图没有影响。因此控制天线的长度，可控制水平平面的方向图。控制天线架设高度，长度，可控制水平平面的方向图。控制天线架设高度，可控制垂直平面的方向图。可控制垂直平面的方向图。(2)

27、天线架设不高（天线架设不高（H/0.3）时）时,在高仰角方向辐射在高仰角方向辐射最强最强,因此这种天线可作因此这种天线可作0300km距离内的侦听、干扰距离内的侦听、干扰或通信，又由于高仰角的水平平面方向性不明显，因或通信，又由于高仰角的水平平面方向性不明显，因此对天线架设方位要求不严格。此对天线架设方位要求不严格。(,0)1 cos2sin(sin)oxozfklkH第25页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 (3)当远距离通信时，应该根据通信距离选择通信当远距离通信时，应该根据通信距离选择通信仰角，再根据通信仰角确定天线架设高度，以保证天仰角，再根据通信仰角确定天线架设高度，

28、以保证天线最大辐射方向与通信方向一致。线最大辐射方向与通信方向一致。(4)为保证天线在为保证天线在=0方向辐射最强，应使天线一方向辐射最强，应使天线一臂的电长度臂的电长度l/0.7。应该指出应该指出,上述分析上述分析仅当天线架设高度仅当天线架设高度H0.2时是正确时是正确的。如果不满足上述条件的。如果不满足上述条件,就必须考虑地面波的影响了。就必须考虑地面波的影响了。04sinH第26页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 2.双极天线的输入阻双极天线的输入阻抗抗 为了使天线能从发射机为了使天线能从发射机或馈线获得尽可能多的功率，或馈线获得尽可能多的功率，要求天线必须与发射机或馈要

29、求天线必须与发射机或馈线实现阻抗匹配，为此，必线实现阻抗匹配，为此，必须了解天线的输入阻抗。须了解天线的输入阻抗。计算双极天线输入阻抗计算双极天线输入阻抗不仅要考虑到振子本身的辐不仅要考虑到振子本身的辐射，还要考虑地面的影响。地面对天线输入阻抗的影响，可用天射，还要考虑地面的影响。地面对天线输入阻抗的影响，可用天线的镜像来代替，然后用耦合振子理论来计算。应当说明的是线的镜像来代替，然后用耦合振子理论来计算。应当说明的是,由由于实际地面的电导率为有限值，因此用镜像法和耦合振子理论所于实际地面的电导率为有限值，因此用镜像法和耦合振子理论所得的结果误差较大，一般往往通过实际测量来得出天线的输入阻得的

30、结果误差较大，一般往往通过实际测量来得出天线的输入阻抗随频率的变化曲线。图抗随频率的变化曲线。图217即是一副双极天线的输入阻抗即是一副双极天线的输入阻抗随频率的变化曲线。随频率的变化曲线。345678910XinRin2000100001000200030004000f/MHzRin,Xin/图图217 l=20m、H=6m的双极天线输入阻抗的双极天线输入阻抗 第27页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 前者用于中波，后者用于短波。3)时，选择引向环kb=0.图215和图216分别给出了l/=0.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

31、机械强度和功率容量决定，一般为36mm。加顶负载鞭状天线的方向图在水平平面仍是一个圆，在垂直平面内，由于垂直部分的顶端电流不为零，故方向函数为有关折合振子的介绍将在下面给出。50时双极天线在理想导电地面上不同仰角时的水平平面方向图。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。只不过I2不是由振子“2”本身的电源而是由它自身的尺寸以及与有源振子的相对关系决定而已。扼流套由一个在同轴电缆四周填充铁氧体的套筒构成，也可将电缆缠绕在低损耗铁氧体芯线上构成扼流圈。由图248可以看出，当L/2以后，20.图222 鞭状天线的几种连接方法 (a)螺接式；接 地 板 也 可 以

32、 用 若 干 根 径 向 的 金 属 杆 来 模 拟。通常，当天线的相对带宽达百分之几十以上时，则称之为宽频带天线。按照式(244)或图248得到的半功率角是个平均值。为什么a1a2时会有以上结果呢？可以作如下解释。可算得天线的导线直径为1.仿照普通引向天线，选用若干个周长近似为一个波长的圆环或方环，调节环的周长与环间距离，就可以获得较好的端射阵天线的电特性。显然，用这样粗的铜管作天线是不现实的。由图可见，双极天线的输入阻抗在波段内的变化比较激烈，由图可见，双极天线的输入阻抗在波段内的变化比较激烈，如果不采取匹配措施，馈线上的行波系数将有明显变化，传输如果不采取匹配措施，馈线上的行波系数将有明

33、显变化，传输线的传输效率将受到明显影响。这也是欲在宽频带内使用双极线的传输效率将受到明显影响。这也是欲在宽频带内使用双极天线时应当注意的问题。天线时应当注意的问题。3.方向系数方向系数 天线的方向系数可由下式求得：天线的方向系数可由下式求得：21120(,)mrfDR(219)式中式中,f(m1,)为天线在最大辐为天线在最大辐射方向的方向函数，射方向的方向函数，m1按式（按式（2 15）计算）计算;Rr为天线的辐射阻抗。为天线的辐射阻抗。1arcsin4mH345678910XinRin2000100001000200030004000f/MHzRin,Xin/横轴表示的频率范围横轴表示的频率

34、范围第28页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 024681012D0.100.20.30.40.50.60.70.80.9l/图图218 双极天线的双极天线的Dl/关系曲线关系曲线 f(m1,)和和Rr二者应归算于同一电流。对双极天线而言，二者应归算于同一电流。对双极天线而言，Rr=R11-R12，R11是振子的自辐射电阻，是振子的自辐射电阻，R12是振子与其镜像之间是振子与其镜像之间（相距（相距2H）的互辐射阻抗。图）的互辐射阻抗。图218表示天线架高表示天线架高H/2，且地面为理想导电且地面为理想导电地时的方向系数与地时的方向系数与l/的关系曲线。当的关系曲线。当H较低或地

35、面不是较低或地面不是理想导电地面时，理想导电地面时，天线的方向系数低天线的方向系数低于图中的数值。于图中的数值。第29页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 4.双极天线的尺寸选择双极天线的尺寸选择 1)臂长臂长l的选择原则的选择原则 (1)从水平平面方向性考虑。从水平平面方向性考虑。为保证在工作频率范围内，天线的最大辐射方向不发生变为保证在工作频率范围内，天线的最大辐射方向不发生变动，应选择振子的臂长动，应选择振子的臂长l0.7min，其中，其中min为最短工作波长，满为最短工作波长，满足此条件时，最大辐射方向始终在与振子垂直足此条件时，最大辐射方向始终在与振子垂直(即即=0)的

36、平的平面上。面上。1z1VVmaxmaxminminVIVI1|11|1|11|K minmaxVKV补充补充第30页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 00.10.20.30.40.50.60.70.80.9K00.10.20.30.40.50.60.7l/Z01000 Z0560 Z0460 Z0340 1.0图图219 馈线上行波系馈线上行波系数数Kl/关系曲线关系曲线(2)从天线及馈电的效率考虑。从天线及馈电的效率考虑。若若l/太短，天线的辐射电阻较太短，天线的辐射电阻较低，使得天线效率低，使得天线效率A降低。同时当降低。同时当l/太短时，天线输入电阻太小，容太短时，天线

37、输入电阻太小，容抗很大，故与馈线匹配程度很差，抗很大，故与馈线匹配程度很差，馈线上的行波系数很低。若要求馈馈线上的行波系数很低。若要求馈线上的行波系数不小于线上的行波系数不小于0.1，由图，由图219可见，通常要求可见，通常要求 l0.2 考虑电台在波段工作，则应满足考虑电台在波段工作，则应满足 l0.2max (2110)345678910XinRin2000100001000200030004000f/MHzRin,Xin/第31页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 综合以上考虑，天线长度应为综合以上考虑，天线长度应为 0.2maxl0.7min (2111)若工作波段过宽，

38、一副天线不易满足要求时，宜若工作波段过宽，一副天线不易满足要求时，宜选用长度不同的两副天线。例如选用长度不同的两副天线。例如,某单边带电台的工作某单边带电台的工作频率为频率为230MHz，由于波段较宽，就配备两副双极，由于波段较宽，就配备两副双极天线，在天线，在210MHz时时,使用使用2l=222m的双极天线；的双极天线；在在1030MHz时，使用时，使用2l=212m的双极天线。的双极天线。第32页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 2)天线架高天线架高H的选择的选择 选择原则是保证在工作波段内通信仰角方向上辐选择原则是保证在工作波段内通信仰角方向上辐射较强。如果通信距离在射

39、较强。如果通信距离在300km以内，可采用高射天以内，可采用高射天线线,通常取架设高度通常取架设高度H=(0.10.3)。对中小功率电台，。对中小功率电台，双极天线的架设高度在双极天线的架设高度在815m范围内，此时对天线的范围内，此时对天线的架设方位要求不严。架设方位要求不严。如果通信距离较远，则应当使天线的最大辐射方如果通信距离较远，则应当使天线的最大辐射方向向m1与所需的射线仰角与所需的射线仰角0一致，根据式（一致，根据式（216）计算天线架设高度计算天线架设高度H，即，即04sinH(2112)第33页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 实际工作中往往使用宽波段，当架设高

40、度一定而频率改变实际工作中往往使用宽波段，当架设高度一定而频率改变时，天线的最大辐射仰角会随之改变，所选定的架设高度对某时，天线的最大辐射仰角会随之改变，所选定的架设高度对某些频率可能不适用。因此，对一定频段内工作的双极天线架设些频率可能不适用。因此，对一定频段内工作的双极天线架设高度应作全面考虑，一方面架设要方便，另一方面要求各个频高度应作全面考虑，一方面架设要方便，另一方面要求各个频率在给定仰角上应有足够强的辐射。幸好对于中、短距离率在给定仰角上应有足够强的辐射。幸好对于中、短距离（r1000km），若工作波段不是过宽还是可以满足的。例如，），若工作波段不是过宽还是可以满足的。例如，工作波

41、段为工作波段为310MHz，所需仰角，所需仰角0=47.5，按，按10MHz时的工时的工作条件选择作条件选择H=10m，该高度对于，该高度对于3MHz来讲只有来讲只有0.1，虽然此时，虽然此时天线的最大辐射方向指向天线的最大辐射方向指向=90，但在，但在=47.5方向上的辐射方向上的辐射仍能达到最大方向的仍能达到最大方向的0.76，即，即0仍处于天线的半功率角之内，仍处于天线的半功率角之内，能够满足工作需要。实际上，双极天线也主要工作于中、短距能够满足工作需要。实际上，双极天线也主要工作于中、短距离。离。04sinH第34页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 综上所述，双极天线是

42、一种结构简单、架设维护方便的综上所述，双极天线是一种结构简单、架设维护方便的弱方向性天线，特别适用于半固定式短波电台。但其主弱方向性天线，特别适用于半固定式短波电台。但其主要缺点是工作频带窄，馈线上行波系数很低，特别是在要缺点是工作频带窄，馈线上行波系数很低，特别是在低频端尤为严重。因此，不宜在大功率电台或馈线很长低频端尤为严重。因此，不宜在大功率电台或馈线很长的情况下使用。必要时为了改善馈线上的行波系数，应的情况下使用。必要时为了改善馈线上的行波系数，应在馈线上加阻抗匹配装置。在馈线上加阻抗匹配装置。第35页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 为此，应采取适当措施加以克服，该措

43、施就是采用平衡器。第118页/共218页引向器：-18005方向上的辐射仍能达到最大方向的0.(b)负镜像在VHF频段其高度一般选在/4附近，故底部电流很大。相比于普通的偶极天线，它的一臂终端是开路的，另一臂的终端则端接一负载。为了使问题简化，假设沿高度H天线具有均匀截面和等值半径ae（ai3b，b为中心线宽。加之从机械上考虑，引向器数目过多，会造成天线过长，也不便于支撑。为了防雷击，还加入接地钢管，在EE处短路，并在中央钢管中间馈电。如果把基本振子用两个半如果把基本振子用两个半波振子来代替，就是实际工作波振子来代替，就是实际工作中常用的一种旋转场天线，其中常用的一种旋转场天线，其方向图与前者

44、相比略有不同，方向图与前者相比略有不同，与一个圆相比约有与一个圆相比约有5%的起的起伏变化，如图伏变化，如图2118（b）所示。在半波振子组成的平面所示。在半波振子组成的平面内，合成场为内，合成场为cos(cos)cos(sin)22cossinsincosEAtt(2121)其方向图在水平面内基本其方向图在水平面内基本上是无方向的。上是无方向的。0.24998 0.49997 0.74995 0.9999312033030 60 150240 210090180270300在与两个振子相垂直的轴上，电场仍为圆极化波。在与两个振子相垂直的轴上，电场仍为圆极化波。第56页/共218页第第2 2章

45、章 简单线天线简单线天线 图 2118(a)(b)0.24998 0.49997 0.74995 0.9999312033030 60 150240 210090180270300第57页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 这种天线可以架设在一副支撑杆上，杆子与两振子轴垂直。这种天线可以架设在一副支撑杆上，杆子与两振子轴垂直。因因“8”字形的方向图围绕杆子旋转，故又称绕杆天线。字形的方向图围绕杆子旋转，故又称绕杆天线。为了提高天线的增益系数，可以在同一根杆子上安装几层相为了提高天线的增益系数，可以在同一根杆子上安装几层相同的天线。同的天线。为了提高铅垂面内的方向性为了提高铅垂面内

46、的方向性,可以将若干正可以将若干正交半波振子以间距半波长排阵交半波振子以间距半波长排阵,然后安装在同一根然后安装在同一根杆子上杆子上,而同一层内的两个正交半波振子馈电电缆而同一层内的两个正交半波振子馈电电缆的长度相差的长度相差/4,以获得以获得90的相差的相差,如图所示。这如图所示。这种天线的特点是结构简单种天线的特点是结构简单,但频带比较窄。但频带比较窄。电视电视发射天线要求有良好的宽频带特性发射天线要求有良好的宽频带特性,因此在天线的因此在天线的具体结构上必须采取一定的措施。具体结构上必须采取一定的措施。目前调频广播目前调频广播和电视台所用的蝙蝠翼天线就是根据上述原理和和电视台所用的蝙蝠翼

47、天线就是根据上述原理和要求设计的要求设计的,其结构如下图其结构如下图 所示。所示。图图 2-2-10 正交正交半波振子阵半波振子阵第58页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 图图 2-2-11 蝙蝠翼天线蝙蝠翼天线(a)结构；结构；(b)馈电馈电(a)(b)50 电缆T型接头75 电缆无缝钢管钢管0.0650.0650.70.22EDCBABCDEEDCBABCDEd蝙蝠翼振子（面）蝙蝠翼振子（面）蝙蝠翼天线蝙蝠翼天线第59页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 3.蝙蝠翼天线蝙蝠翼天线 电视发射天线的种类很多，目前在电视发射天线的种类很多，目前在VHF频段广泛采频段

48、广泛采用的一种是蝙蝠翼天线用的一种是蝙蝠翼天线(Batty Wing Antenna)。它是由半。它是由半波振子逐步演变而来的，如图波振子逐步演变而来的，如图2119所示，为了满足所示，为了满足宽频带的要求，采用粗振子天线；为了减轻天线重量，宽频带的要求，采用粗振子天线；为了减轻天线重量，用平板代替圆柱体；为了减少风阻，以用钢管或铝管做用平板代替圆柱体；为了减少风阻，以用钢管或铝管做成的栅板来代替金属板；为了防雷击，还加入接地钢管，成的栅板来代替金属板；为了防雷击，还加入接地钢管，在在EE处短路，并在中央钢管中间馈电。图处短路，并在中央钢管中间馈电。图2120为为蝙蝠翼天线的结构示意图。蝙蝠翼

49、天线的结构示意图。第60页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 图2119 蝙蝠翼天线的演变过程(a)(b)(c)(d)EEEE第61页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单线天线 图图2120 蝙蝠翼天线蝙蝠翼天线振子振子结构示意图结构示意图 EDCBABCDEEDCBABCDE 此天线的两个翼实际上由若干个平行的此天线的两个翼实际上由若干个平行的对称振子构成对称振子构成,这些对称振子如该图所示分这些对称振子如该图所示分别接于别接于 A-A、B-B、C-C 和和 D-D 处。在翼处。在翼中心中心 A-A 处平衡馈电处平衡馈电,两翼的竖杆组成一平两翼的竖杆组成一平行传输行传输

50、线线,此传输线在此传输线在 E-E 处与中央的金属处与中央的金属桅杆短接桅杆短接,短接片兼用作两翼与桅杆间的机短接片兼用作两翼与桅杆间的机械支撑结构。械支撑结构。由图可见，中间的振子较短，两端的由图可见，中间的振子较短，两端的振子较长，这种结构是为了改善其阻抗特振子较长，这种结构是为了改善其阻抗特性。因为两翼的竖杆组成一平行传输线，性。因为两翼的竖杆组成一平行传输线，两端短路，在两端短路，在AE间形成驻波，短路线间形成驻波，短路线的输入阻抗为的输入阻抗为0ZjZ tg ll较小时为感抗，较小时为感抗，其大小从其大小从DCBA逐渐增大。逐渐增大。第62页/共218页第第2 2章章 简单线天线简单