《天线技术》课件第4章.ppt

1、第章 对称天线、折合天线和单极天线 第章 对称天线、折合天线和单极天线 4.1 对称天线对称天线 4.2 折合天线折合天线 4.3 单极天线单极天线 4.4 对称天线的馈电技术对称天线的馈电技术 习题习题4 第章 对称天线、折合天线和单极天线 4.1 对对 称称 天天 线线 图4-1 对称天线 第章 对称天线、折合天线和单极天线 4.1.1 对称天线上的电流分布对称天线上的电流分布 根据对称天线的结构特点，工程上的近似方法是，把它看成是由一对终端开路的传输线两臂向外张开而得来的，并假设张开前、后的电流分布相似，如图4-2所示。设开路传输线上的电流按正弦规律分布，如图4-2（a）所示。如果取对称

2、天线的中心为坐标原点，天线轴为z轴，如图4-2（b）所示，则天线上的电流振幅分布表示式为 Iz=Imsin(l-z)上臂(z0)Iz=Imsin(l+z)下臂(z0)r2=r0+z cos 下臂(z）时，天线上出现反向电流，在方向图中出现副瓣。在2l=1.25时，与振子垂直方向的大波瓣两旁出现了小波瓣。如图4-5（b）所示。第章 对称天线、折合天线和单极天线 (3)随着l/的增加，当2l=1.5时，原来的副瓣逐渐变成主瓣，而原来的主瓣则变成了副瓣，如图4-5（c）所示。(4)在l/=1，即2l=2时，原主瓣消失变成同样大小的四个波瓣，如图4-5（d）所示。当2l=1.5时，最大辐射方向已经偏离

3、了振子的垂直方向。当2l=2时，振子垂直方向根本没有辐射了。第章 对称天线、折合天线和单极天线 对称天线在子午面（E面）内的方向图随l/而变化的物理原因是，不同长度的对称振子上的电流分布不同。如图4-3所示，在2l时，振子上的电流都是同相的。2l以后，振子上的电流出现了反相部分。正是由于天线上的电流分布不同，各微段至观察点的射线之间存在着行程差，因而电场间便存在着相位差。叠加时是同相相加的，即有最大的辐射；如是反相相减，则有零点值；而在其他方向上，有互相抵消作用，于是便得到了比最大值小的其他值。第章 对称天线、折合天线和单极天线 最常用的对称振子是2l=/2的半波振子或半波对称天线，由式(4-

4、1-8)得其方向性函数为 sincos2cos),(F 2l=的对称振子叫做全波振子或全波对称天线，它的方向性函数是 sincoscos1),(F(4-1-10)(4-1-9)第章 对称天线、折合天线和单极天线 4.1.3 对称天线的阻抗特性对称天线的阻抗特性 1 对称天线的辐射功率对称天线的辐射功率 辐射功率的物理意义是：以天线为中心，在远区范围内的一个球面上，单位时间内所通过的能量。辐射功率的表示式为 2002020ddsin2drZEASP远区(4-1-11)式中：表示在远区场作闭合球面积分；S=E20/(2Z0)=E20/(240)是功率密度，E0是远区辐射电场的幅度,Z0=120为波

5、阻抗。远区第章 对称天线、折合天线和单极天线 根据前面的讨论，对称振子的远区辐射电场是 0sin)cos()coscos(600rjmellrIjE 它的幅度是 sin)cos()coscos(6000llrIEm(4-1-12)将式(4-1-12）代入式(4-1-11）,得到对称天线的辐射功率为 dsin)cos()coscos(30202llIPm(4-1-13)第章 对称天线、折合天线和单极天线 2 对称天线的辐射电阻对称天线的辐射电阻 辐射电阻的定义为：将天线向外所辐射的功率等效为在一个辐射电阻上的损耗,即 RIPm221(4-1-14)由于对称振子上的电流按正弦分布，沿线电流幅度是变

6、化的，即 I(z)=Im sin(l-|z|)因此,参考电流选得不同,辐射电阻就不同。一般常以正弦分布的波腹电流Im为参考，这时得到的辐射电阻是 第章 对称天线、折合天线和单极天线 dllIPRmsin)cos()coscos(602202(4-1-15)积分过程很复杂，结果如下：R=302(C+ln(2l)-Ci(2)l)+sin2l(Si(4)l-2Si(2)l)+cos2l(C+ln(l)+Ci(4)l-2Ci(2)l)式中:C=0.5772为欧拉常数；Ci(x)和Si(x)分别为余弦积分和正弦积分，即!551!331sin)(!661!441!221lncos)(530642xxxdu

7、uuxSixxxxCduuuxCixx(4-1-18)(4-1-17)(4-1-16)第章 对称天线、折合天线和单极天线 3 对称天线的输入阻抗对称天线的输入阻抗 1）特性阻抗 由传输线理论知，平行均匀双导线传输线的特性阻抗沿线是不变化的，它的值为 aDZln1200式中:D为两导线间距；a为导线半径。而对称振子两臂上对应线段之间的距离是变化的，如图4-7所示，因而其特性阻抗沿线也是变化的。图4-7中，2为对称振子馈电端的间隙。设对称振子两臂上对应线段（对应单元）之间的距离为2z，则对称振子在z处的特性阻抗为 azzZ2ln120)(0式中，a为对称振子的半径。第章 对称天线、折合天线和单极天

8、线 将Z0(z)沿z轴取平均值即得对称振子的平均特性阻抗 :0Z12ln120)(100aldzzZlZl(4-1-19)可见 随l/a的变化而变化，在l一定时，a越大，则平均特性阻抗0Z0Z越小。第章 对称天线、折合天线和单极天线 图4-6 对称振子的辐射电阻与 的关系曲线/l第章 对称天线、折合天线和单极天线 图4-7 对称振子特性阻抗的计算 第章 对称天线、折合天线和单极天线 2）输入阻抗 平行均匀双导线传输线是用来传送能量的，它是非辐射系统，几乎没有辐射，而对称振子是一种辐射器，它相当于具有损耗的传输线。根据传输线理论可知，长度为l的有损耗传输线的输入阻抗为)2cos()2()2sin

9、()2()2cos()2()2sin()2(00lalchlalshjZlalchlalshZZin(4-1-20)式中：Z0为有损耗传输线的特性阻抗，以式(3-1-19）的 来代替；和分别为对称振子上等效衰减常数和相移常数。0Z第章 对称天线、折合天线和单极天线 3）对称振子上的等效衰减常数由传输线的理论知，有损耗传输线的衰减常数为 012ZR式中，R1为传输线的单位长度电阻。对于对称振子而言，损耗是由辐射造成的，所以对称振子的单位长度电阻就是其单位长度的辐射电阻，记为R1，再根据沿线的电流分布I(z)，可求出整个对称振子的等效损耗功率为 zdRzIPlL012)(21(4-1-21)第章

10、对称天线、折合天线和单极天线 对称振子的辐射功率为 RIPm221(4-1-22)因为PL就是P，令PL=P，则有 RIdzRzIml212021)(21(4-1-23)对称振子的沿线电流分布为)(sin)(zlIzIm(4-1-24)将上式代入式(3-1-23）得 lllRRR2)2sin(1211(4-1-25)第章 对称天线、折合天线和单极天线 因此，等效衰减常数可写成 lllZRZR2)2sin(12001(4-1-26)有了等效参数Z0和，就可以利用等效传输线输入阻抗的公式，即式(4-1-20）来计算天线的输入阻抗Zin了。但计算过程很繁琐，而且输入阻抗Zin与对称天线电长度l/之间

11、的关系很不直观，因此实际上是以 为参变数，作出Zin=f(l/)的各种曲线来求输入阻抗的。0Z第章 对称天线、折合天线和单极天线 图4-8 对称振子的输入阻抗与l/的关系曲线第章 对称天线、折合天线和单极天线 由图4-8可以得到下列结论：(1)对称振子的平均特性阻抗 越低，Rin和Xin随频率的变化越平缓，其频率特性越好。所以欲展宽对称振子的工作频带，就必须减小 。常常采用的方法是加粗振子直径的方法，如短波波段使用的笼形振子天线就基于这一原理。0Z0Z第章 对称天线、折合天线和单极天线 (2)l=/4时，对称振子处于串联谐振状态;而l=/2时，对称振子处于并联谐振状态。无论是串联谐振还是并联谐

12、振，对称振子的输入阻抗都为纯电阻。但在串联谐振点l=/4 的附近，输入电阻随频率变化平缓，且Rin=R=73.1。这就是说，当l=/4时，对称振子的输入阻抗是一个不大的纯电阻，且具有较好的频率特性，也有利于同馈线的匹配，这是半波振子被广泛采用的一个重要原因。而在并联谐振点附近，是一个高阻抗，且输入阻抗随频率变化剧烈，频率特性不好。RZRin/20第章 对称天线、折合天线和单极天线 按式(3-1-20）计算对称振子的输入阻抗很繁琐。对于半波振子，在工程上可按下式作近似计算：)cot()(sin02lZjlRZin(4-1-27)当振子臂长在00.35和0.650.85范围时，计算结果与实验结果比

13、较一致。在天线工程中，最常用的是半波对称振子，与全波对称振子比较，其输入电阻受的影响较小且随频率的变化较平缓，频带较宽。第章 对称天线、折合天线和单极天线 例例4-2 设对称振子的长度为2l=1.2 m，半径a=10 mm，工作频率为f=120MHz，试近似计算其输入阻抗。解解 对称振子的工作波长为 863 10/120 102.5(m)cf 所以 24.05.26.0l查图4-6得 R=65 第章 对称天线、折合天线和单极天线 由式(4-1-19）得对称振子的平均特性阻抗为)(5.45412ln1200alZ将以上R、及=2/一并代入输入阻抗公式，则得 0Zin02jcot()65j1.1(

14、)sin()RZZll第章 对称天线、折合天线和单极天线 4.2 折折 合合 天天 线线4.2.1 折合天线的阻抗特性折合天线的阻抗特性 折合振子可看成是长度为/2的短路双线传输线在纵长方向中点向两侧拉开而成的,如图49所示，它相当于两个半波振子并联，并在其中一个振子的中间馈电。因此，折合天线的电流分布与半波对称振子天线的相似。第章 对称天线、折合天线和单极天线 图4-9 折合振子与短路双线传输线(a)短路双线传输线；(b)折合振子；(c)电流加倍的半波振子 第章 对称天线、折合天线和单极天线 可对折合振子简单分析如下：（1）折合振子的输入阻抗高。设折合振子的输入阻抗为Zin，半波振子的输入阻

15、抗为Zin1，它们有相同的输入功率Pin，则 122)2(2121inininininZIZIP所以 14ininZZ(4-2-1)第章 对称天线、折合天线和单极天线（2）根据耦合振子理论可知，半波折合振子的总辐射阻抗为 2221121121ZZZZZZZ(4-2-2)由于两振子间距很小，因此有 22211211ZZZZ式中:Z1、Z2分别是两单线半波振子的辐射阻抗;Z11、Z22是它们的自阻抗，也是半波振子的辐射阻抗；Z12、Z21是它们的互阻抗。第章 对称天线、折合天线和单极天线 折合振子因为其电流分布和单线振子相同，故其方向特性和单线半波振子完全相同。同时，因为半波折合振子的输入电流与波

16、腹电流正好相同，所以其输入电阻与辐射电阻相同。因此，折合振子的辐射阻抗等于半波振子辐射阻抗的四倍，即 Z=4Z11 (4-2-4)因为半波振子的输入阻抗为纯电阻，且输入阻抗等于辐射阻抗，即Rin1=R1=73，所以折合振子的输入阻抗为 30041RZin因此，折合振子的输入阻抗是半波振子的四倍。第章 对称天线、折合天线和单极天线 （3）折合振子也可以看成是加粗的振子，它的等效半径ae比较大，即 adae(4-2-5）式中,a是导线的半径，d是两线间的距离。折合振子的两根导线的线径也可以不相等，如图4-10所示。调整它们的比例可以改变折合振子相对于普通半波振子的输入阻抗的变换比例。不等直径折合振

17、子与半波振子输入阻抗之间的关系是 12)1(ininZCZ(4-2-6）第章 对称天线、折合天线和单极天线 式中,C取决于线的间距d和线径a1、a2，在线径a1、a2远小于间距d的一般情况下：)/(1)/(121adnadnC(4-2-7）由上式可见，不连接馈线那根导线的半径a2大于连接馈线那根导线的半径a1时，即a2a1 时，C1，Zin4Zin1；反之，若a2a1，则Zin0.5时，出现旁瓣。当l/继续增大时，由于天线上反相电流的作用，沿=0方向上的辐射减弱。因此实际中一般取l/为0.53左右。当然，实际上大地为非理想导电体。也就是说，实际架设在地面上的单极天线方向图与上述方向图有些差别，

18、主要是因为架设在地面上单极天线辐射的电磁场以地面波方式传播。因此准确计算单极天线的远区场时应考虑地面的影响，也就是应按地波传播的方法计算辐射场。第章 对称天线、折合天线和单极天线 2 单极天线的阻抗特性单极天线的阻抗特性 在无限大理想导电地面上的单极天线的辐射电阻的求法与自由空间对称振子的辐射电阻求法完全相同。但单极天线的镜像部分并不辐射功率，当单极天线的激励电压是等效的双极（对称）天线的一半时，单极天线的辐射功率只有相应对称振子天线的一半。因此，其辐射电阻为同样长度的自由空间对称振子辐射电阻的一半，其输入阻抗也只有同样长度的自由空间对称振子输入阻抗的一半。第章 对称天线、折合天线和单极天线

19、4.3.2 单极天线的极化特性与频带特性单极天线的极化特性与频带特性 当单极天线的激励电压是等效的双极（对称）天线的一半时，单极天线存在于上半空间的辐射场与对称天线的相等。单极天线的方向性函数和方向图与对称天线的上半空间的方向性函数和方向图也相同，所以其主瓣宽度极化特性与频带宽度等参数也均与对称天线的相同。第章 对称天线、折合天线和单极天线 4.3.3 提高单极天线效率的方法提高单极天线效率的方法 由于单极天线的高度受到限制，所以当天线高度l时，其天线的辐射电阻很低，但损耗电阻RL却较大。根据天线效率的定义有：LRRR 可见，单极天线的效率很低。大约只是百分之几，甚至千分之几。因此提高单极天线

20、的效率是十分必要的。提高单极天线效率的方法有两种：一种是提高辐射电阻；另一种是降低损耗电阻。第章 对称天线、折合天线和单极天线 1.提高辐射电阻提高辐射电阻提高辐射电阻可采用在顶端加容性负载和在天线中部或底部加感性负载的方法，这些方法都提高了天线上电流波腹点的位置，因而等效为增加了天线的有效高度，图413为用于米波与分米波的单极（鞭）天线。图（a）为普通鞭天线，导体臂高l，电流呈三角形分布；图（b）为在天线中部适当位置接入线圈的加感性负载的鞭天线，其作用是使线圈下部电流增大，天线电流矩变大，使天线辐射电阻增大；图（c）为在导体臂顶端加数根短导线所构成的电容加载鞭天线，顶端电容加载的形式还有伞形

21、、圆盘形、球形等形状。顶端电容加载的结果是使天线顶端的电流不为零，天线的电流矩加大，使得天线辐射电阻增大。第章 对称天线、折合天线和单极天线 图4-13 加载天线 第章 对称天线、折合天线和单极天线 从另一角度分析，单极天线加顶负载后，其作用是使天线顶端对地的分布电容增大。此时，可以将顶端对地的分布电容等效为一线段，相当于天线加顶后的有效高度提高了，因而天线的效率也随之提高了。图414为用于长、中波波段的电容加载的单极天线。其中，图（a）为绝缘铁塔天线，图（b）为接地铁塔天线，图（c）为T形天线，图（d）为倒L形天线，图(e)为伞形天线。第章 对称天线、折合天线和单极天线 图4-14 长、中波

22、波段的顶端电容加载的单极天线 第章 对称天线、折合天线和单极天线 2.降低损耗电阻降低损耗电阻 单极天线的主要损耗来自于接地系统。因为大地是天线电流回路中的一部分，电流流经大地时，产生损耗，从而造成天线效率的降低。通常认为接地系统的损耗主要是由两个因素引起的：一个是天线电流在天线周围空间以位移电流形式，经地面流入天线的接地系统返回信号源时所产生的损耗电场损耗;另一个是天线上的电流产生的磁场作用在地表面上，根据边界条件，地表面将产生径向电流，此电流流过有损耗地层时将产生损耗磁场损耗。总的损耗电阻为电场损耗和磁场损耗所引入的电阻之和。显然它与天线的形式、接地电条件以及大地的等效电参数等有关。但在实

23、际工程中，降低损耗电阻的有效方法是：在天线底部加辐射状地网。在地面下铺设的地网一般由水平辐射状铺设的15120根导线构成，并同激励器接地端相连，可大大降低地面回路的损耗电阻，从而提高天线的效率。第章 对称天线、折合天线和单极天线 4.4 对称天线的馈电技术对称天线的馈电技术 4.4.1 同轴线馈电技术与平衡器馈电技术同轴线馈电技术与平衡器馈电技术 1/4扼流套平衡器馈电技术扼流套平衡器馈电技术/4扼流套平衡器又称杯形平衡器馈电技术，这种平衡器如图415所示。同轴线的内、外导体分别与振子两臂连接，在同轴线外导体上套有一个长度为/4的金属杯，杯口朝上，杯底与同轴线外导体连接。它主要用来解决天线两臂

24、的电流平衡问题。现介绍它的简单工作原理。如图416（a）所示，I1为内导体外表面的电流和外导体内表面的电流；I2为外导体外表面的电流。第章 对称天线、折合天线和单极天线 图4-15/4扼流套平衡器 第章 对称天线、折合天线和单极天线 图4-16 同轴线馈电（a）同轴线馈电;（b）对称振子两臂上的电流分布 第章 对称天线、折合天线和单极天线 对称天线若直接与同轴线连接，则外导体内壁上的电流I1在开口A处将分成两路:一路为I2，它沿外导体外表面流向地面，然后以位移电流的形式到达振子的右臂；另一路为I1-I2，它流向振子的左臂，致使对称振子的两臂上电流不相等，其电流分布如图416（b）所示。由以上分

25、析得知，电流的不对称是由于I2分流引起的，其值大小由A点对地的阻抗决定。如能设法加大此阻抗，使I2减至最小，便可达到天线两臂电流接近对称分布的要求。在天线工程中，实现这一目的的方法是在同轴线终端加上一个/4的金属杯形套筒，图417所示为其剖面示意图。金属杯（套筒）与同轴线外导体组成了一个/4长的终端短路双线传输线段，使从2和3点之间向下看入的输入阻抗Z23为无穷大。这样，当电流到达A（A与2为同一点）点时，使I20，因而阻止了同轴线外导体的电流流向其外表面，而只流到振子左臂上，使振子两臂上的电流达到平衡。第章 对称天线、折合天线和单极天线 图4-17 剖面示意图 第章 对称天线、折合天线和单极

26、天线 2U形管平衡器馈电技术形管平衡器馈电技术 图4-18 U形管平衡器 第章 对称天线、折合天线和单极天线 U形管平衡器是将同轴主馈线的内导体分成两路：一路与对称天线的左臂在a点直接相连接，而另一路则由a点经过弯折形成U形的、长度为g/2的一段相同规格的同轴线，在b点与天线的右臂相连接。g为同轴线内波长。U形管外导体的终端和主馈线外导体的终端也接在一起。由于在同轴线上相距g/2 的两点间的电压（或电流）是等幅反相的，因此，同轴线通过U形管向对称振子馈电时，对称振子两臂的电流分布就可实现平衡对称分布了。第章 对称天线、折合天线和单极天线 图4-19 将对称天线等效成双线 第章 对称天线、折合天

27、线和单极天线 图4-20 天线两臂的电流分布 第章 对称天线、折合天线和单极天线 由于l1=l2+g/2后，在传输线上相距g/2的两点间的电流是等幅反相的，因此使天线两臂的电流达到了对称平衡分布。这种U形管在实现电流对称变换的同时，还具有阻抗变换的作用。如图4-18（a）所示，同轴主馈线内导体上的电流Ie为振子两臂上电流I1之和，即Ie=2I1；又因同轴线外导体均与地相接，同轴线内外导体间的电压若为Ue，设a点对地（o点）的电位Ua为正，则b点对o点的电位Ub为负，且Ua=-Ub=Ue,则a、b两点间电压Uab=2Ue，所以a、b两点间的阻抗为 inceeeabZZIUIUR4421第章 对称

28、天线、折合天线和单极天线 现在分析由d点分别向a点和b点看入的输入阻抗Rda和Rdb分别等于多少。取l1=g/4，由传输线理论可知，g/4线的传输线为阻抗变换器。先看d点向b点看的输入阻抗。当l1=g/4时,其等效传输线如图4-21所示，其阻抗变换关系式为 2cbodbZRR式中:Rdb为d点向b点看入的输入阻抗;Zc为同轴线的特性阻抗。若取Zc为75，则Rdb=Z2c/Rbo154。第章 对称天线、折合天线和单极天线 图4-21 g/4线的传输线为阻抗变换器 第章 对称天线、折合天线和单极天线 同理，可求得d点向a点看的输入阻抗也为154。因为l2是g/4的奇数倍，所以也是一个阻抗变换器。最

29、后,由d点向天线看入的输入阻抗Rd为Rda和Rdb的并联，即Rd=154/2=77，基本上与75同轴馈电电缆的特性阻抗相等，从而达到天线与馈线的阻抗匹配。U形管平衡器馈电的主要缺点是工作频带窄。第章 对称天线、折合天线和单极天线 3分流式平衡器馈电技术分流式平衡器馈电技术图422所示是分流式平衡器，它在同轴线旁附加了一段平衡线，该线是长为/4，直径与同轴线外导体直径相同的金属圆柱。圆柱的下端与同轴线外导体短接，圆柱的上端与同轴线内导体和天线振子的右臂相连接，同轴线外导体与振子的左臂相连接。这种结构保证了天线的两个臂与地之间的分布参数基本相同。在中心频率上，平衡线与同轴线外导体构成底端短路的/4

30、双线传输线。第章 对称天线、折合天线和单极天线 图4-22 分流式平衡器 第章 对称天线、折合天线和单极天线 由a、b两点向（下）该短路线看入的输入阻抗为无限大，从而抑制了同轴线外导体的外表面分流出来的电流，使电流全部流到振子臂上，保证了对天线两臂的平衡馈电。当工作频率偏离中心频率时，金属圆柱与同轴线外导体的外表面均有电流流过。由于振子的输入阻抗与平衡双线传输线的输入阻抗在a、b两点是并联的，且对称振子（相当于开传输路线）的输入电抗与双线传输线（相当于短路传输线）的输入电抗的符号相反，因而能起到相互补偿作用。同时，流过平衡段上的电流与同轴线外导体的表面电流是等幅反相的，起到了电流补偿作用，从而

31、保持了天线两臂上的电流仍然对称平衡分布，并保证了在平衡段与电缆短接点以下的电缆外皮的电流为零。这种结构的平衡器可以工作于较宽的频带。第章 对称天线、折合天线和单极天线 4开槽式平衡器馈电技术开槽式平衡器馈电技术在同轴线的外导体上开一长为/4的轴向槽，如图423所示，将对称天线的两个臂分别接在切开的外导体的两个半边上，同时将同轴线的内导体与天线左臂相连，就可达到对称变换的作用。第章 对称天线、折合天线和单极天线 图4-23 开槽式平衡器 第章 对称天线、折合天线和单极天线 分析其工作原理：注意，图中C点是指同轴线内导体上的一点，与外导体不相连。从C点向A点看，同轴线内导体与左半外导体之间构成了一

32、个/4 长的终端短路的双线传输线，其输入阻抗ZinCA=，故电流不从这个传输线上传输，而只能从由同轴线的内导体与右侧外导体构成的传输线上传输，并将电流分别传送到对称天线的左右两臂上。另外,从A、B两点沿着开槽（外导体的外表面）向下看，又是一个/4的终端短路的双线传输线，其输入阻抗ZinAB=，使得同轴线外表面的分流为0。这样就使对称振子的电流实现了对称分布。第章 对称天线、折合天线和单极天线 另外，/4开槽部分的实际传输线是由同轴线内导体与右半外导体构成的，它的特性阻抗Zc约为原来同轴线特性阻抗Z0的两倍。根据阻抗匹配原理可知，从C点向天线方向看入的输入阻抗ZinC要等于C点以下同轴线的特性阻

33、抗Z0。令天线的输入阻抗为ZA，将开槽线作为/4 阻抗变换器，则有 202)2(ZZZZCAinC在天线输入端的阻抗将为 220000(2)44AinCZZZZZZ即开槽式平衡器除了具有平衡的作用之外，还有4 1的阻抗变换作用。第章 对称天线、折合天线和单极天线 5传输线变换器馈电技术传输线变换器馈电技术传输线阻抗变换器的结构如图424所示，它是在高频磁环上缠绕一组或两组平行绕组，利用不同的连接方法来完成阻抗及平衡不平衡变换作用的。它具有频带宽（波段覆盖可达10 1或更宽）、体积小、功率容量大等优点，它的工作原理可用图425的简化结构来说明。第章 对称天线、折合天线和单极天线 能量从变换器的始

34、端到终端是通过分布电容、分布电感以电磁能量交换的形式来传递的,即以传输线传送能量的形式进行，这和通常的低频变压器不同。它克服了普通变压器在高频时由于线圈的分布电容所带来的不利影响，改善了高频特性。此外，每对传输线AB与CD两导线电流的幅度相等方向相反，因而它们在磁芯中产生的磁通相互抵消，这样磁芯的损耗很小，即使磁芯截面很小，也具有较大的功率容量。传输线的导线长度l以不超过上限频率的 1/8 传输线内波长为宜，即lg/8。若l/g过长，则损耗增大;若过短，则低频特性变差。第章 对称天线、折合天线和单极天线 图 4-24 宽带传输线变换器 第章 对称天线、折合天线和单极天线 图 4-25 传输线变

35、换器的工作原理 第章 对称天线、折合天线和单极天线 图 4-26 传输线变换器馈电应用举例 第章 对称天线、折合天线和单极天线 6 宽带传输线平衡器馈电技术宽带传输线平衡器馈电技术 在双孔磁芯上绕四组线圈，其绕向与连接方法如图4-27所示，在、两端接同轴电缆，经变换后，由、两端接输入阻抗为 的对称振子。、两端为非平衡端，A、B两端为平衡端。该平衡器的等效电路如图3-28 所示。这种平衡器也能起到阻抗变换作用。图3-28 可看成是中心抽头的自耦变压器，变压比为1 2，阻抗比为1 4。当A、B两端的输入阻抗为Zin时，A、G两端的输入阻抗为Zin/4。第章 对称天线、折合天线和单极天线 图4-27

36、 传输线平衡器的电路和结构 第章 对称天线、折合天线和单极天线 图4-28 传输线平衡器等效电路 第章 对称天线、折合天线和单极天线 4.4.2 双线传输线馈电技术双线传输线馈电技术 当双线传输线直接与对称振子连接时，有谐振式馈电和非谐振式馈电两种方式。由于非谐振式馈电损耗小，传输线上呈现行波状态，因此常用于给发射天线馈电。这种馈电的实质是用匹配技术（如支节匹配、阻抗变换等）在馈线与天线的连接处实现阻抗匹配。图4-29画出了几种常用的非谐振馈电方式。图中天线为半波振子。图4-29（a）采用/4阻抗变换器。半波振子输入阻抗 Zin=RA=73.1。若双线传输线特性阻抗Z0=300，则需采用/4的

37、特性阻抗Z01=150的双线传输线作为阻抗变换器，即实现了天线与馈线之间的阻抗匹配。第章 对称天线、折合天线和单极天线 图4-29 几种常用的非谐振式馈电方式 第章 对称天线、折合天线和单极天线 其阻抗变换关系如下：)(1501.73300001inZZZ 图4-29（b）采用短截线作单支节调配器，即通过沿传输线移动短截线位置及调节短截线长度l1便可使双线传输线与天线达到阻抗匹配。在实际工程中也可采用双支节调配器进行调节，以实现天线与馈线之间的阻抗匹配。第章 对称天线、折合天线和单极天线 图4-29（a）、（b）的两种匹配适用于窄带情况。图4-29（c）为三角形匹配方式，此时半波振子不必分成两

38、个臂而是连接成一根导线，图中M和N两点为半波振子的馈电点。图4-29(c)中还画出了对称天线的折合形式。在M、N两点，天线可看成是一段短路线和一段开路线的并联。传输线的末端相当于并联了两段传输线：长度为x的末端短路双线传输线和长度为l-x的末端开路双线传输线，这两段传输线的输入阻抗在M、N两点并接后应等于传输线的特性阻抗。这里又利用了末端开路的双线传输线与末端短路的双线传输线电抗符号相反的性质，当工作频率偏离中心频率时，电抗具有互补的特性。所以这种馈电方式的工作频带较宽。为减小馈线的辐射，双线馈电线间的距离d应尽量小，但S=2x一般较大，因此将馈线y段做成如图4-29(c)所示的渐变形式。第章

39、 对称天线、折合天线和单极天线 习习 题题 4 4-1 设对称振子臂长l分别为/2，/4，/8，若电流为正弦分布，试绘出对称振子上电流分布的示意图。4-2 用尝试法确定半波振子和全波振子E面的主瓣宽度。4-3 试利用所学公式求半波振子和全波振子的方向性系数。4-4 试利用所学公式，分别求解半波振子和全波振子的有效面积。4-5 试利用所学公式,分别求解半波振子和全波振子的有效长度。第章 对称天线、折合天线和单极天线 4-6 已知对称振子臂长l=35cm，振子臂导线半径a=8.625mm，若工作波长=1.5m，试计算该对称振子的输入阻抗的近似值。4-7 试计算电流呈三角形分布的短天线的方向性系数和有效高度。4-8 试用特性阻抗为75 的同轴线和特性阻抗为300的扁线（双线）馈线，分别绘制半波振子的馈电示意图。4-9 试用特性阻抗为75的同轴线和特性阻抗为300扁线（双线），分别绘制折合振子的馈电示意图。