天線8.1_端射天線.pdf

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1、2013.4.20主要內(nèi)容?端射天線?如何實(shí)現(xiàn)端射?引向天線?八木天線介紹?寄生單元的作用與工作原理?方向性?八木天線的阻抗?背射天線?結(jié)構(gòu)與原理端射天線端射天線?比較端射陣的特點(diǎn)，思考端射天線的電流特點(diǎn)。八木定向天線其增益可達(dá)10~15dB引向天線引向天線?引向天線(YagiUdaAntenna)最早由日本Uda（宇田）用日文（1926年），Yagi（八木）用英文（1927年）先后作了介紹，故常稱“八木—宇田”天線。圖8―1引向天線?它是一個緊耦合的寄生振子端射陣，結(jié)構(gòu)如圖8―1所示，由一個(有時由兩個)有源振子及若干個無源振子構(gòu)成。?有源振子近似為半波

2、振子，主要作用是提供輻射能量；?無源振子的作用是使輻射能量集中到天線的端向。?其中稍長于有源振子的無源振子起反射能量的作用，稱為反射器；較有源振子稍短的無源振子起引導(dǎo)能量的作用，稱為引向器。無源振子起引向或反射作用的大小與它們的尺寸及離開有源振子的距離有關(guān)。?通常有幾個振子就稱為幾單元或幾元引向天線。例如下圖中天線共有五個振子，就稱五元引向天線。?由于每個無源振子都近似等于半波長，中點(diǎn)為電壓波節(jié)點(diǎn)；各振子與天線軸線垂直，它們可以同時固定在一根金屬桿上，金屬桿對天線性能影響較??；不必采用復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)，因而該類天線具有體積不大、結(jié)構(gòu)簡單、牢固、便于轉(zhuǎn)動、饋電

3、方便等優(yōu)點(diǎn)。其增益可以做到十幾個分貝，具有較高增益。缺點(diǎn)是調(diào)整和匹配較困難，工作帶寬較窄。8.1引向天線的工作原理?1.引向器(Director)與反射器(Reflector)?為了分析產(chǎn)生“引向”或“反射”作用時振子上的電流相位關(guān)系，我們先觀察兩個有源振子的情況。設(shè)有平行排列且相距λ/4的兩個對稱振子，如圖8―2所示。若兩振子的電流幅度相等，但振子“2”的電流相位超前振子“1”90°，即I=Iej90°，如圖8-2（a）所示。此時21在φ=0°方向上,振子“2”的輻射場要比振子“1”的輻射場少走λ/4路程，“1”“2”I＝Iej90°“1”“2”I＝Ie

4、－j90°2121II1?1?E＝0E＝0E＝EE＝Emaxmax?/4?/4(a)圖8-2引向天線原理(b)(a)振子“2”為反射器；(b)振子“2”為引向器?即由路程差引起的相位差，振子“2”超前于振子“1”90°，同時，振子“2”的電流相位又超前振子“1”的電流相位90°，則兩振子輻射場在φ=0°方向的總相位差為180°，因而合成場為零。反之，在φ=180°方向上，振子“2”的輻射場要比振子“1”的輻射場多走λ/4路程，相位落后90°，但其電流相位卻領(lǐng)先90°，則兩振子輻射場在該方向是同相相加的，因而合成場強(qiáng)最大。在其它方向上，兩振子輻射場的路程差所

5、引起的相位差為(π/2)cosφ，而電流相位差恒為π/2。?因而合成場強(qiáng)介于最大值與最小值(零值)之間。所以當(dāng)振子“2”的電流相位領(lǐng)先于振子“1”90°，即I=Iej90°21時，振子“2”的作用好像把振子“1”朝它方向輻射的能量“反射”回去，故振子“2”稱為反射振子(或反射器)。如果振子“2”的饋電電流可以調(diào)節(jié)，使其相位滯后于振子“1”90°，即I=Ie-j90°，如圖8-2（b）所示，則其結(jié)21果與上面相反，此時振子“2”的作用好像把振子“1”向空間輻射的能量引導(dǎo)過來，則振子“2”稱為引向振子(或引向器)?！?”“2”I＝Iej90°“1”“2”I＝I

6、e－j90°2121II1?1?E＝0E＝0E＝EE＝Emaxmax?/4?/4圖8-2引向天線原理(a)(b)(a)振子“2”為反射器；(b)振子“2”為引向器?現(xiàn)在繼續(xù)分析這一問題。如果將振子“2”的電流幅度改變一下，例如減小為振子“1”的1/2，它的基本作用會不會改變呢？此時，E2對E1的相位關(guān)系并沒有因?yàn)檎穹兓淖?，雖然在φ=0°方向，E=1.5E1,在φ=180°方向，E=0.5E1,但相對于振子“1”，振子“2”仍然起著引向器的作用。這一結(jié)果使我們聯(lián)想到：在一對振子中，振子“2”起引向器或反射器作用的關(guān)鍵不在于兩振子的電流幅度關(guān)系，而主要在

7、于兩振子的間距以及電流間的相位關(guān)系。?實(shí)際工作中，引向天線振子間的距離一般在0.1λ~0.4λ之間，在這種條件下，振子“2”對振子“1”的電流相位差等于多少才能使振子“2”成為引向器或反射器呢？下面作一般性分析。為了簡化分析過程，我們只比較振子中心聯(lián)線兩端距天線等距離的兩點(diǎn)M和N處輻射場的大小（圖8-3）。若振子“2”所在方向的M點(diǎn)輻射場較強(qiáng)，則“2”為引向器；反之，則為反射器。設(shè)I=mIejα，間21距d=0.1λ~0.4λ，則在M點(diǎn)E對E的相位差Ψ=α+kd。21“1”“2”NMd圖8-3?根據(jù)d的范圍,36°≤kd≤144°。如果0°<α<180°，

8、即I的初相導(dǎo)前于I時，在N點(diǎn)E對E導(dǎo)前的電流相2121位差將與落后