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1、第四章 偶极子天线 （对称振子）,第一节 偶极子天线上的电流分布,赫芝偶极子，电流元： 短偶极子： 有限长度偶极子：偶极子天线，对称振子,偶极子天线是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波偶极子可简单地独立使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波偶极子天线组成天线阵。,标准半波偶极子天线,实际偶极子天线,用于电视接收,用于宽带通信,一、偶极子天线,偶极子天线（对称振子）：中点断开并接以馈电源的线性导体。 半波偶极子天线（对称振子）：每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的天线。 辐射源：在馈电电源作用下，在偶极子天线振子上所建立的电流。,二、偶极子天线上的电流分布,假设： ，
2、这时可忽略端面电流，即只有纵向电流 ； ，忽略间隙 内的位移电流所产生的辐射场。,结论： 当 时，偶极子天线上的电流分布接近于正弦函数分布； 当 时 ，偶极子天线上的电流分布近似为：,几种典型偶极子天线上的电流分布,偶极子天线上电流分布的特点,振子的终端始终是电流的波节； 离终端/4处为电流的波腹，再经/4处为电流波节，依次重复； 在振子上的电流经过零值时，电流相位改变1800； 振子输入端的电流值由电长度l/ 决定； 振子两臂相对应点的电流相等。,第二节 偶极子天线的辐射场和方向性函数,一、偶极子天线的辐射场,在天线振子上取一小段 ，认为 上电流分布是均匀的，则 所产生的场为：,天线在M点产
3、生的场是无数 在M点产生的场的积分：,代入：,得：,M点离振子很远，,但,不成立，,又,振幅值：,上式的适用条件：,二、偶极子天线的方向性函数,由 可知:,1） 与 无关，因此偶极子天线在赤道面内轴向对称，方向性图为一圆； 2） 与 有关，说明偶极子天线在子午面内的方向性与 有关；其方向性取决于 ;,当 时，,当 时，,当 时，,半波偶极子天线（ ）和电流元的方向性图比较,半波偶极子天线（ ）在子午面内的方向性图,偶极子天线（ ）在子午面内的方向性图,各种不同长度的偶极子天线在子午面内的方向性图,3）任何长度的偶极子天线在轴向 无辐射； 4）当 时，随着 增大，波瓣越来越尖锐，且只有主瓣，主瓣
4、垂直于振子轴； 5）当 后，出现旁瓣； 时，主瓣消失； 6）当 继续增大时，主瓣将变得更窄，并且旁瓣的数目将波浪式地增多。,1） 时，天线振子上下两臂的电流同相。但行程差引起的相位差却存在，这使电场叠加后产生方向性； 2） ，相位差为0，同相叠加得到更大值；3）当 时，振子上出现反向电流。场强叠加时，不仅要考虑行程差，还要考虑电流的相位差所引起的场强的相位差，其结果出现旁瓣；,方向性的变化归根到底是由电流分布的变化引起的:,4）当 继续增大时，振子上有反向电流的线段增加，主瓣相对减小，旁瓣相对增大； 5） 时，正向电流与反向电流都占据一个波长，主瓣消失。,第三节 偶极子天线的辐射功率和辐射阻抗
5、,一、偶极子天线的辐射功率,把偶极子天线的辐射场的表达式代入求辐射功率的通式，即可得到对称振子的辐射功率：,二、偶极子天线的辐射电阻,根据辐射电阻的定义，有：,式中，c=0.5772 欧拉常数,辐射电阻与电长度 有关，而与振子的半径无关。,半波偶极子天线：,全波偶极子天线：,三、偶极子天线的辐射阻抗,当考虑近区场时，辐射功率既有实部，又有虚部。实部产生辐射场，虚部产生储能场。对应地，辐射阻抗为：,第四节 偶极子天线的输入阻抗,输入阻抗: 天线的输入电压与输入电流之比。,一、输入阻抗的定义,二、输入阻抗的求解,测量得到 由辐射阻抗求输入阻抗 由等效传输线法求输入阻抗,由辐射阻抗求输入阻抗,振子的
6、输入阻抗： 辐射功率： 设振子没有损耗，则,设天线振子上的电流近似按正弦规律分布，则,即：,注：上式不适用 的对称振子。这时，,利用等效传输线法求输入阻抗,步骤：,1）求出电流按正弦分布并以波腹点为参考的辐射电阻：,2）将辐射功率等效为振子上的欧姆损耗，这损耗均匀分布在振子上：,3）将振子等效为单位长度有损耗电阻 的终端开路传输线，则：,又，,4）用计算传输线输入阻抗的方法求振子的输入阻抗：,无损耗对称振子的平均阻抗为：,所以，对称振子的等效特性阻抗为：,称为对称振子的等效衰减常数。,当不考虑导线本身的电阻时，, 偶极子天线的输入阻抗为：,当 和 时，,三、偶极子天线输入阻抗的特点,总结,当
7、时， 较小， 呈容性； 当 时， ； 当 时， 呈感性； 当 时， 最大； 当 l 继续增大，对称振子的输入阻抗重复上述规律，只是 和 逐渐减小。,第五节 偶极子天线的谐振长度和通频带,一、偶极子天线的谐振长度,天线谐振：当天线的输入电抗为零时，称天线发生了谐振。 偶极子天线的谐振长度：天线发生谐振时的长度。 偶极子天线的缩短效应：对称振子的长度小于/4整数倍的现象。,偶极子天线的缩短效应,原因：天线的终端集中了过多的电力线。,二、偶极子天线的通频带,定义：满足馈线上电压驻波比不超过某个值所对应的两个边界频率之差，称为通频带。,先求,当天线发生谐振时，,例: 若规定与半波偶极子天线相连的馈线中的电压驻波比不超过5.83，求此天线的通频带。,解：,设发生谐振时，天线的输入电阻为 ，驻波比为5.83时对应的输入电抗为 ，则,越小，通频带越宽,结论：要展宽偶极子天线的通频带，需加粗振子， 即加大半径。,图中分别为某一天线的-10dB带宽和-6dB带宽。,
