微波与天线-偶极子天线ppt课件

.,微波与天线,主讲教师石丹北京邮电大学电子工程学院,2020/4/30,.,2,偶极子天线偶极子天线对称振子，对称天线，双极天线,终端开路平行双导线张开1800,2020/4/30,.,3,偶极子天线的电流分布1.求解方法1).偶极子天线的电流分布可用数值法解积分方程求得。如矩量法（MOM）2).工程近似方法，即传输线近似。,2020/4/30,.,4,用传输线法近似求解天线上的电流分布,2020/4/30,.,5,假设对称振子上的电流分布和开路传输线的电流分布相似，亦按正弦分布形式。,2020/4/30,.,6,即式中：振子上电流波腹点的电流振幅值。振子上电流的相移常数。如不计入辐射引起的衰减l振子一臂的长度上式也可写为：,2020/4/30,.,7,2020/4/30,.,8,3.用传输线近似法确定电流分布的误差。1）传输线与天线的区别a.传输线上沿线分布参数是均匀的天线上对应小单元之间分布参数是不均匀的,2020/4/30,.,9,b.传输线不是辐射系统而天线是辐射系统。所引起的误差a.电流分布,2020/4/30,.,10,b.对于远区场的计算：能满足要求c.研究天线的输入阻抗：必须对正弦近似进行修正,2020/4/30,.,11,偶极子天线的辐射场与方向性辐射场电偶极子辐射场：对称振子上线元dz在远区的辐射场：r观察点至单元电流的距离。射线至天线轴的夹角。,2020/4/30,.,12,在远区，近似认为是平行的在分母中，在相位中,2020/4/30,.,13,代入积分式：偶极子天线辐射场表示式,2020/4/30,.,14,对称振子的方向特性1）方向性函数归一化方向性函数：,2020/4/30,.,15,半波对称振子E面H面半波对称振子的方向图,2020/4/30,.,16,全波对称振子,2020/4/30,.,17,2）方向图赤道面（H面）方向图是一个圆子午面（E面）方向图随l/变化,2020/4/30,.,18,2l=/2,不同臂长时对称振子E面的方向图,2l=2,2l=,2l=1.25,2020/4/30,.,19,分析：（1）l/1，相当于电流元的方向图。,2020/4/30,.,20,（2）l/0.5,天线上出现反向电流，方向图中出现副瓣随l/的增加，原来的副瓣逐渐变成主瓣，而原来的主瓣逐渐变成副瓣。2l=1.25,2l=1.5,2020/4/30,.,22,（4）l/=1，原来的主瓣变成同样大小的四个波瓣2l=2,2020/4/30,.,23,（5）l/继续增加其主瓣变得更窄，副瓣数目相应地增多。,2020/4/30,.,24,形成天线不同方向性的主要因素：基本元的方向性；天线上电流的振幅和相位分布；各基元到远区观察点的射线间的行程差。,2020/4/30,.,25,偶极子天线的辐射功率、辐射阻抗辐射功率和辐射电阻1）辐射功率：,2020/4/30,.,26,2）辐射电阻（1）归算于波腹电流的辐射电阻：,2020/4/30,.,27,由图查出半波对称振子：全波对称振子：,2020/4/30,.,28,（2）归算于天线输入端电流的电阻得：在输入端z=0，由对称振子的电流分布公式得：则,2020/4/30,.,29,对于全波振子则这是由于电流正弦分布近似所造成的误差引起的。,不可能,2020/4/30,.,30,2.辐射阻抗将积分的封闭面缩小到与天线的表面重合。由于理想导体表面的切向电场为零，因此，必须应用感应电动势法计算,2020/4/30,.,31,设对称振子的电流集中于振子的轴线上，在振子导体表面产生的切向电场为，为了满足导体表面的边界条件外加电动势产生的切向场为：且感应电动势为：为维持此电动势或者电流流过外电动势所消耗的功率为,2020/4/30,.,32,设振子电流为正弦分布，则归于波腹电流的辐射阻抗为,2020/4/30,.,33,2020/4/30,.,34,对称振子的辐射阻抗,2020/4/30,.,35,分析：1）与振子导线半径a的关系不大，与用玻印亭矢量法计算的结果一致。2）随导线半径a的增大而减小。可通过增加振子半径的方法来提高天线的频带。3）l/很小时，低，高，天线的Q值高，辐射能力低。4）l/=0.25时，,2020/4/30,.,36,偶极子天线的输入阻抗重要参数:将能量尽可能多地馈给天线，或从天线取得最大接受能量。匹配问题1.用等效传输线法计算对称振子的输入阻抗1）将对称振子等效为有损耗的开路传输线,2020/4/30,.,37,（1）传输线与对称振子的区别传输线上沿线分布参数是均匀的其特性阻抗为：式中为两导线间的距离。a为导线半径,2020/4/30,.,38,天线上对应小单元之间分布参数是不均匀的,2020/4/30,.,39,b.传输线不是辐射系统而天线是辐射系统。可将：天线的辐射能量传输线的损耗能量天线有损耗的开路传输线,2020/4/30,.,40,2）有损耗开路传输线输入阻抗的计算公式式中有耗传输线的特性阻抗衰减常数有耗线的相移常数分别为有耗线每单位长度的分布电感、分布电容和分布电阻,2020/4/30,.,41,3）参数的修正（1）用对称振子的平均特性阻抗来代替传输线的特性阻抗则为振子馈电端的间隙越小，越低,2020/4/30,.,42,（2）将振子辐射的功率等效为沿天线臂的电阻损耗，且此损耗电阻均匀地分布在天线臂上。设振子单位长度损耗电阻为整个振子的损耗功率为将代入上式得,2020/4/30,.,43,由长线理论，已知衰减常数和相移常数分别为：,2020/4/30,.,44,将和代换和可求得和,2020/4/30,.,45,4）波长缩短系数由于损耗的存在线上波长自由空间波长,2020/4/30,.,46,则波长缩短系数,2020/4/30,.,47,实验曲线,2020/4/30,.,48,末端效应：振子末端存在电容，因而末端电流不为零。波长缩短效应和末端效应引起振子等效长度增大,2020/4/30,.,49,2.计算结果分析,2020/4/30,.,50,2020/4/30,.,51,时，串联谐振状态。时，并联谐振状态。,2020/4/30,.,52,由实验曲线可以看出：的L/略小于0.25和0.5且振子越粗，谐振长度越小。这是由于终端效应引起的,2020/4/30,.,53,实际中，考虑终端效应影响时，常将天线尺寸缩短5%左右。,2020/4/30,.,54,2）a越大，越低，和随l/变化越平缓。所以增大a，可加大天线的工作频带,2020/4/30,.,55,3）比较计算和实验曲线：当l/a较大时，理论和计算比较一致。仅在细线近似下，等效传输线法的计算结果才比较符合实际，电流分布才接近正弦分布。,2020/4/30,.,56,偶极子天线的通频带,通频带内，天线特性参数的变化不应超过预先规定的范围。常以阻抗特性定义偶极子天线的通频带。,.,偶极子天线的通频带,通频带,天线输入阻抗,馈线匹配情况,工程应用,电压驻波比,例题,2020/4/30,.,58,偶极子天线的通频带,特性阻抗越小,输入电阻越大,通频带越宽,2020/4/30