天线原理与设计3.2.1-鞭状天线课件.ppt

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1、3.2.1 鞭状天线鞭状天线鞭状天线(Whip Antenna)是一种应用相当广泛的水平平面全向天线，最常见的鞭状天线就是一根金属棒，在棒的底部与地之间进行馈电，如图3-2-1所示。为了携带方便，可将棒分成数节，节间可采取螺接、拉伸等连接方法，如图3-2-2所示。图3-2-2 鞭状天线的几种连接方法(a)螺接式；(b)拉伸式 1.鞭状天线电性能鞭状天线电性能1)极化极化:垂直极化垂直极化2)方向图及方向系数：正镜像方向图及方向系数：正镜像3)有效高度有效高度有效高度是直立天线的一个重要指标，可以定义如下：假想有一个等效的直立天线，其均匀分布的电流是鞭状天线输入端电流，它在最大辐射方向(沿地表方

2、向)的场强与鞭状天线的相等，则该等效天线的长度就称为鞭状天线的有效高度he。图 3-2-3 鞭状天线的有效高度 如图3-2-3所示，假设鞭状天线上的电流分布为 (3-2-1)其中,I0是天线输入端电流;h为鞭状天线的高度。依据有效高度定义，得若h/0.14)输入阻抗输入阻抗除天线导线、附近导体及介质等引起的损耗外，还有相当大的功率损耗在电流流经大地的回路中，参见图3-2-4，传导电流和位移电流构成广义的电流回路概念。因此输入电阻包括两部分，即 Rin=Rr0+Rl0 (3-2-4)图3-2-4 鞭状天线的电流回路其中Rr0和Rl0分别为归算于输入端电流的辐射电阻和损耗电阻，其计算公式如下:(3

3、-2-5)(3-2-6)2.加顶负载加顶负载如图3-2-5所示，在鞭状天线的顶端加小球、圆盘或辐射叶，这些均称为顶负载(Top Loading)。天线加顶负载后，使天线顶端的电流不为零，如图2-2-6 所示，这是由于加顶负载加大了垂直部分顶端对地的分布电容，使顶端不是开路点，顶端电流不再为零，电流的增大使远区辐射场也增大了。只要顶线不是太长，天线距地面的高度不是太大，则水平部分的辐射可忽略不计。图 3-2-5 加顶负载的鞭状天线计算顶负载的作用时，可将顶端的电容等效为一段延长线h，如图3-2-6(a)所示；同时，天线电流分布就比较均匀，如图3-2-6(b)所示。设顶端电容为Ca，垂直线段的特性

4、阻抗为Z0A，则此等效长度h可计算如下:(3-2-7)式中单根垂直导线的特性阻抗为 (3-2-8)图 3-2-6 加顶负载改善了天线上的电流分布(a)顶负载电容等效为一延长线段；(b)天线电流分布的改善下面计算加顶负载鞭状天线的有效高度he。设天线上的电流分布为 (3-2-9)式中,z是天线上一点到输入端的距离；I0是输入端电流。于是有效高度为 (3-2-10)当(h+h)/很小时，上式可简化为 (3-2-11)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 (3-2-12)3.加电感线圈加电感线圈(Induction Coil)在短单极

5、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3-2-7所示，它对加感点以上线段的电流分布并无改善作用。图 3-2-7 加电感线圈改善天线电流分布4.降低损耗电阻降低损耗电阻鞭状天线的损耗包括天线导体的铜耗、支架的介质损耗、邻近物体的吸收、加载线圈的损耗及地面的损耗，其中地面损耗最大。减少地面损耗的办法是改善地面的电性质。对大型电台常采用埋地线的办法，一般是在地面以下采用向外辐射线构成的地网，如图3-2-8所示，地网不应埋得太深，因为地电流集中在地面附近，地网埋设的深度一般在0.20.5 m之间，导线的根数可以从15根到150根，导线直径约为3 mm，导线长度有半波长就够了。若加顶负载，由于加顶部分与地面的耦合作用，则地网导线必须伸出水平横线在地面上的投影。但是埋设地线对于移动电台不方便，这时可在地面上架设地网或平衡器，如图3-2-9 所示，地网或平衡器的高度一般为0.51 m，导线数目为38根，长度为0.150.2。图 3-2-8 鞭状天线地线的埋设图3-2-9 平衡器的架设