――螺旋天線物理尺寸對天線效率的影響、天線概覽絕大多數(shù)天線具有可逆性：即天線用作接收天線時(shí)的特性與其處于發(fā)射狀態(tài)時(shí)的特性時(shí)相同的。輻射方向圖：表示給定距離下天線的輻射隨角度的變化，輻射的強(qiáng)弱由離天線給定距離r處的功率密度S來評價(jià)。接收模式下，天線對于某方向來波的響應(yīng)正比于輻射方向圖上該方向的值。方向系數(shù)：表示最大輻射強(qiáng)度于全空間均勻輻射時(shí)的平均輻射強(qiáng)度之比。極化：描述了天線輻射時(shí)電場矢量的特征，瞬時(shí)電場矢量隨時(shí)間的軌跡圖決定波動(dòng)的極化特性。天線的輸入阻抗：是天線終端電壓與電流之比，通常的目的是使天線的輸入阻抗與傳輸線的特征阻抗相匹配?！焯炀€分類依據(jù)頻率特性的不同，可以把天線分成四種基本類型?！螂娦√炀€：天線的尺寸比一個(gè)波長.'小很多。特征：很弱的方向性，低輸入電阻，高輸入電抗，低輻射效率。適合于VHF或更低的波段。如短振子，小環(huán)?！蛑C振天線：在諧振頻率點(diǎn)或某個(gè)窄頻帶內(nèi)工作令人滿意。特征低或中等增益，實(shí)輸入阻抗，帶寬狹窄。主要用于HF到低于1GHz的頻段。如半波振子，微帶貼片，八木天線。◎?qū)拵炀€：在一個(gè)很寬的頻率范圍內(nèi)，方向圖、增益和阻抗幾乎是常數(shù)，并且能夠用有效輻射區(qū)的概念表述其特征，該區(qū)域在天線上的位置隨頻率的變化而變化。特征：低到中等增益，增益恒定，實(shí)輸入阻抗，工作頻帶寬。主要用于VHF直至數(shù)個(gè)GHz的頻段。如螺線天線，對數(shù)周期天線。◎口徑天線：由一個(gè)供電磁波通過的開放的物理口徑。特征：高增益，增益隨頻率增大，帶寬中等。用于UHF和更高的頻段。如喇叭天線，反射面天線?！焯炀€的電氣特性（1）方向特性一一方向圖（BW0.5，F(xiàn)SLL）、方向系數(shù)D、增益G。（2）阻抗特性一一輸入阻抗Zin、效率R*64。［打，（輻射阻抗加）A（3）帶寬特性帶寬、上限頻率f1，下限頻率f2。（4）極化特性極化、極化隔離度。天線增益G：等于輻射功率與輸入功率之比。G=Ha?DA阻抗特性：電小天線和諧振天線之所以是窄頻帶天線，很大程度上受制于惡劣的阻抗特性。輸入阻抗與復(fù)數(shù)功率間的關(guān)系：Z=R+住=2（匕:件（/為單峰值）.in天線效率：〃A=—^*100%。如果天線效率是100%，輸入阻抗與輻射阻抗應(yīng)該相等。d然而事實(shí)上不是。輻射電阻于方向系數(shù)的聯(lián)系：R?D=120f2（。），其中f為未歸一化max'max方向函數(shù)模的最大值。工作頻率帶寬：當(dāng)工作頻率變化時(shí)，系統(tǒng)關(guān)注的幾個(gè)主要電參數(shù)同時(shí)滿足上述容許值的頻率范圍，稱為天線的工作頻率帶寬。相對帶寬則是中心頻率的百分比：Bp=「fc最佳接收條件：（1）接收天線的最大接收方向?qū)?zhǔn)來波方向。（2）接受天線的極化于來波的極化匹配。（3）接收天線的負(fù)載于自身的阻抗匹配。前兩個(gè)條件為了感應(yīng)電動(dòng)勢最大化，最后一個(gè)條件為了獲取最大接收功率。二、螺旋天線螺旋形天線的設(shè)計(jì)電磁輻射體的另一種基本配置是把導(dǎo)線繞成螺旋形。螺旋天線（圖10）有簡單和實(shí)用的結(jié)構(gòu)，在多數(shù)情況下它也使用接地平板。圈數(shù)（N）、直徑（D）和圈距（S）決定了天線的增益和方向性。天線的總長為LN=NLo=Nsqrt（S2+C2）這里D是直徑，C=nD是螺旋的圓周，S是圈距，Lo=sqrt（S2+C2）是一圈導(dǎo)線的長度。另一項(xiàng)重要參數(shù)是螺旋角以，它是螺旋線切線和螺旋軸由垂直平面的夾角。螺旋角的定義為a=tan-i（S/C）當(dāng)a=0°時(shí)，繞組被壓平，螺旋變成N圈的環(huán)形天線。另一方面當(dāng)a=90°時(shí)，螺旋就變成一條直線。螺旋天線有2種工作模式：1）常態(tài)模式在常態(tài)工作模式，天線輻射場在相對于螺旋軸的法線平面有極大值，如圖10.2所示。對于該模式：NLo<<Xo2）軸向（端射）模式這種工作模式只有一個(gè)主瓣，它的最大輻射強(qiáng)度沿著螺旋軸，如圖10.3所示。副瓣與軸間有一個(gè)傾斜角度。為激勵(lì)這種模式，其直徑D和空間S必須是波長的一個(gè)大分?jǐn)?shù)。圖10螺旋天線的結(jié)構(gòu)片敏冀lt>--|HMeI牌心心心禎plmgHgureIO--2.NcanjjJ(traadmadeforhclicilantEiinamdil:cquivaJml.Fguns'o'Av.nl［凱tirejmw阡51恨"

§法向模螺旋天線當(dāng)螺旋直徑D很小時(shí)（piXD=L<0.5波長），螺旋天線眾的導(dǎo)波波長入g與只有空間波長人及螺旋直徑D之間有如下關(guān)系:2D徑D之間有如下關(guān)系:=20(TTD)2.5()0.5A在短波、米波及分米波波段可用法向模螺旋天線來代替鞭狀天線，這樣做可使天線高度縮短約三分之一，甚至更多。其計(jì)算公式是：天線高度：h=\f(MHz)?D(cm)'D天線的總?cè)?shù)：N=,3000,、.（h）0.2繞制螺旋所用導(dǎo)線總長為：f(MHz)?D(cm)'D實(shí)踐證明，天線高度降低后，盡管輻射電阻也降低了，但仍可維持所需的天線效率。法向模螺旋天線駐波比小于1.5的帶寬約為5%。此外，除了圓柱形螺旋天線外，還有圓錐形螺旋天線，它的波段特性比圓柱形天線好，波段覆蓋系數(shù)為2?3。（以上來自《天線》北京郵電學(xué)院出版社）在法向模式情況狹，輻射場的最大方向垂直于螺旋天線軸。一圈螺旋可近似看作是小圓環(huán)天線加Eg夾（極化橢圓一電基本振子。通常，法向模螺旋天線是垂直放置的，并且使黑=*=2廠*E.1而D2（C/入）2的軸比）的比值大于1，這樣使得垂直方向的輻射占主導(dǎo)地位。這種情況對于小型無線電接收機(jī)是非常實(shí)用的，比如個(gè)人收音機(jī)。在這些情況下，線長Lw大約等于四分之一波長，并且天線按單極子方式饋電。這種天線常被稱作法向模螺旋天線（NMHA），或諧振式短截螺旋，其方向圖幾乎是全向的。這種天線與常規(guī)等長度的直導(dǎo)線單極子相比的優(yōu)點(diǎn)是：螺旋本身相當(dāng)于一電感器，有助于抵消電小天線本身固有的容抗。沿著螺旋線的電流近似是正弦分布的。理想導(dǎo)電地上架高不超過.-/8的諧振式短截螺旋的輻射電阻R:R注64。|鳥2。（極化橢圓附:天線基本知識§天線選擇在選擇天線時(shí)必須首先注重其性能。具體說有兩個(gè)方面，第一選擇天線類型；第二選擇天線的電氣性能。選擇天線類型的意義是：所選天線的方向圖是否符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)中電波覆蓋的要求；選擇天線電氣性能的要求是：選擇天線的頻率帶寬、增益、額定功率等電氣指標(biāo)是否符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求?！焯炀€的輻射效率指天線輻射到空間的功率與輸入功率之比，對于全向天線而言，效率是最重要的參數(shù).如果兩個(gè)天線效率相同的全向天線，增益大的反而不好，因?yàn)檫@只說明其方向性強(qiáng).§什么是天線的增益？答：增益是天線的主要指標(biāo)之一，它是方向系數(shù)與效率的乘積，是天線輻射或接收電波大小的表現(xiàn)。增益大小的選擇取決于系統(tǒng)設(shè)計(jì)對電波覆蓋區(qū)域的要求，簡單地說，在同等條件下，增益越高，電波傳播的距離越遠(yuǎn)，一般基地臺天線采用高增益天線，移動(dòng)臺天線采用低增益天線?！焓裁词请妷厚v波比？答：天線輸入阻抗和饋線的特性阻抗不一致時(shí)，產(chǎn)生的反射波和入射波在饋線上疊加形成的磁波，其相鄰電壓的最大值和最小值之比是電壓駐波比，它是檢驗(yàn)饋線傳輸效率的依據(jù)，電壓駐波比小于1.5,在工作頻點(diǎn)的電壓駐波比小于1.2,電壓駐波比過大，將縮短通信距離，而且反射功率將返回發(fā)射機(jī)功放部分，容易燒壞功放管，影響通信系統(tǒng)正常工作。§什么是天線的方向性？答：天線對空間不同方向具有不同的輻射或接收能力，這就是天線的方向性。衡量天線方向性通常使用方向圖，在水平面上，輻射與接收無最大方向的天線稱為全向天線，有一個(gè)或多個(gè)最大方向的天線稱為定向天線。全向天線由于其無方向性，所以多用在點(diǎn)對多點(diǎn)通信的中心臺。定向天線由于具有最大輻射或接收方向，因此能量集中，增益相對全向天線要高，適合于遠(yuǎn)距離點(diǎn)對點(diǎn)通信，同時(shí)由于具有方向性，抗干擾能力比較強(qiáng)?！烊绾卫斫馓炀€的工作頻帶寬度？答：天線的電參數(shù)一般都于工作頻率有關(guān)，保證電參數(shù)指標(biāo)容許的頻率變化范圍，即是天線的工作頻帶寬度。一般全向天線的工作帶寬能達(dá)到工作頻率范圍的3-5%，定向天線的工作帶寬能達(dá)到工作頻率的5-10%?！霽SWR天線系統(tǒng)和輸出阻抗為50歐的發(fā)信機(jī)的匹配條件是天線系統(tǒng)阻抗為50歐純電阻。要滿足這個(gè)條件，需要做到兩點(diǎn)：第一，天線電路與工作頻率諧振（否則天線阻抗就不是純電阻）；第二，選擇適當(dāng)?shù)酿侂婞c(diǎn)。其中諧振是最關(guān)鍵的因素?！焖泄β试炊即嬖趦?nèi)部阻抗。匹配時(shí)，才能向外部設(shè)備傳輸最大功率?！?波長（米）=速度/頻率=300/頻率（MHz）?！靷鬏斁€和天線的以下特點(diǎn)：（1）長度短于四分之一波長的短路線呈電感性；（2）長度短于四分之一波長的開路線呈電容性；（3）如果一條任意長度的導(dǎo)線的終端電阻等于它的特性阻抗，那么它就是一個(gè)純電阻性的負(fù)載，因而不會把能量反饋回信號源；（4）長度略短于四分之一波長倍數(shù)的天線呈電容性；（5）長度略長于四分之一波長倍數(shù)的天線呈電感性；（6）電感性負(fù)載可用加入電容的方法來匹配，電容性負(fù)載可用加入電感的方法來匹配?！彀四咎炀€八木天線是最簡單的多振子定向天線，它是根據(jù)用數(shù)字方法解釋了其工作原理的人而命名的。其結(jié)構(gòu)、制作尺寸及連接方式如圖13所示。它由反射器、激勵(lì)振子、引向器等組成。其主要目的是將信號引向到激勵(lì)振子，并通過反射器將信號聚焦到激勵(lì)振子。實(shí)際上它就是一付定向天線。注：第一引向器比激勵(lì)振子短4%，第二引向器比第一引向器短2?4%，第三引向器比第二引向器短3%，第四引向器比第三引向器短2%。另外，八木天線只有激勵(lì)振子是直接與設(shè)備相連接的，其振子間隔均為015?02波長?！焯炀€增益的計(jì)算：G=n4nS/入2=n（nA）2D2式中，S-天線口徑面積（平方米）；入-工作波長（米）；D-拋物面口徑（即面口直徑）（米）；n-天線效率。§效率（n輸入到天線的射頻功率，由于天線系統(tǒng)中的熱損耗、介質(zhì)損耗、感應(yīng)損耗（懸掛天線的設(shè)備及大地的感應(yīng)損耗）而消耗一部分，因此不能全部變?yōu)殡姶挪ㄝ椛涑鋈ァＬ炀€效率表示天線是否有效的轉(zhuǎn)換能量，是天線重要