行波线天线

• 天线上电流按行波分布的天线称为行波天线
（Travelling Wave Antenna）。 • 行波天线具有如下特点： 1) 电流为行波分布，不存在反射电流； 2) 输入阻抗和方向图对频率变化不敏感； 3) 频带宽，绝对带宽可达（2~3）：1； 4) 效率低。
行波长线天线
• 一条长于半波长的载有纯行波的直导线
l
j 60I 0 jkr sin kl e sin (1 cos ) e r 1 cos 2
此时由于归一化场强方向函数为：

jk [1 cos )] 2
e
Emax l K sin sin (1 cos) 2 则完整的辐射方向图式子为： F（） l (1 cos) 2
也需要接有匹配负载。菱形天线广泛应用于中、远距离的短波通信。
l
20 接特 性 阻抗
H
接馈 线
• 菱形天线也可以看成两个方向图的组合，如果选择 0.8 m •
，如图所示， 编号为2、3、5、8的波束将排在一条线上，形成菱形天线主波束。 因为菱形天线是水平放置，反射系数 H 接近于-1，实际地面可以用理想导体来 近似。文献中多次讨论放置在地平面上方的菱形天线设计，其中之一是设计主 波束的在指定的仰角方向。如果菱形角α和主波束仰角相等，得到天线的设置
V形行波天线
• 长导线天线的方向系数较低、副瓣高并且最大辐射张角受控于天线长度。因此
工程上很少采用。为了克服长导线天线的缺点，常将两根长导线组合在一起， 其一端与馈线相连，另一端张开构成V形天线。辐射图如下图所示：
• 为使天线两臂上的电流按行波分布，形成单向辐射特性，必须消除
V形端口处的反射，可以在端口处接一电阻RL，其阻值等于V形传输 线的特性阻抗，该端接电阻也可一分为二，各自与地连接。 • 当V形张角 m 时，两臂方向图在V形角分线方向上叠加，构成 V形天线方向图的主瓣。但是理论计算表明，当 0.8 m 时，可获 得理想的V形行波天线的方向图。 • V形天线的副瓣来源于两臂产生的方向图中不参与叠加的另半个主 波束。而天线所在平面以外，两臂方向图的叠加使得 V形天线的方 向图较为复杂。
称为行波长线天线，它带有匹配负载以 防止来自导线终端的反射。 • 忽略地面影响，并假设天线工作在自由 空间里，忽略线上电流的衰减，则电流可 以表示为： jkz
I ( z) I 0e
• 带入天线远场区的近似计算公式并积分
得行波单导线的远区辐射场：
j 60I 0 jkr j ( kz ' cos kz ' ) ' E sin e e dz e r 0
• V形斜天线：仅有一根支杆和两根载有行波电流的导线组成，架设
很简单，因而适用于移动的台站中。
馈线 Rl Rl
电台
Rl
• 倒V形天线：它相当于将水平的行波单导线从中部撑起。当与水平
天线架设在一起时，它们之间的影响很小。缺点是效率低，占地面 积大。
菱形天线
• 可以看成是由两个V形天线在开口端相连而成，其工作原理与V形天线相似，
6.1 行波线天线
2016
孙成杰 2016.3.21
宽带天线
•一个具有宽频带的天线称为宽带天线。 f B f 和 •宽带天线的带宽通常用公式 f 来表示，
U r
分别表示能获得满意性能的高、低频率。 •一个宽带天线的定义比较随意，而且依赖于特 fU 定的天线，如果在大约一个倍频程（ f L 2 ） 内，天线的阻抗和方向图没有显著变化则可归 类为宽带天线。
z jz
• B天线通常用于LF和HF频段。美国和伦敦之间早期跨大西洋无线电话通信时，
首次在长岛上使用B天线，频率为50KHz~60KHz。
仿真截图
THANKS
高度 h

4 sin
，每个支线长度是 L
0.371 sin 2
• 为了进一步改善菱形天线的方向性，可以将两副双菱天线并联同相馈电，它的
•
增益和天线效率可以比双菱天线增加1.7～2倍，其缺点是占地面积太大。 回授式菱形天线，回授式菱形天线没有终端吸收电阻，它是将终端剩余能量送 回输入端，再激励天线“2”。如果回授至输入端的电流相位与输入端的馈源电 流相位相同，那么剩余的能量就能辐射出去，从而提高了天线的效率。但是由 于只能对某一频率做到同相回授，使天线具有频率选择性，而菱形天线主要侧 重于它的宽频带特性，所以回授式菱形天线较少采用。 主菱 形
d
回授 菱形 1 2 终端 吸收铁 线
~
接终端负载
回授 线 回授 线长度 调节器
Beverage天线
• 作为长线行源自文库天线在业余无线电通信中的一种经典应用例子是贝伐
列奇天线（beverage antenna）。英文“beverage”是饮料的意 思，不过这里和饮料并无瓜葛，是在1920年代由一位姓beverage 的美国人发明而已。这种天线常用于低频段（160m和80m波段） 的接收，天线架设得比较高，以避免近处的电磁干扰，依靠沿着近 轴方向的高增益取得较好的信噪比。天线的主要辐射方向也就是最 佳接收方向。
F ( )
E ( )
5 2.5° 4 0.5° 2 9°
m
＝ 0 °
z
m
＝ 0 °
z
m
＝ 0 °
z
(a )
(b )
(c)
• （1）沿导线轴线方向没有辐射； • （2）导线长度越长，最大辐射方向越靠近轴线方向，同时主瓣变窄，副瓣增 •
大且数目增多； （3）当 l 很大时，主瓣方向随 l 变化趋缓，即天线的方向性具有宽频带特 性。
0.371 m cos（1 ） L
-1
决定，由该式可得

• 并且随着L的增加行波和驻波天线的波束最大值彼此趋近。
• 对于行波天线波束在最大值方向θm上时，驻波天线还有另
外一个波束，在 180 - m 方向上。
• 行波天线的输入阻抗总是以实数为主，可以理解为在低损
耗传输线上，纯行波的阻抗等于传输线的（实数）特性阻 抗。
• 考虑了地面的影响的行波天线称为Beverage天线或B天线。 • 高度h远小于波长，天线长度通常在2~10λ之间。 • 可以把B天线及其在有耗地面中的镜像看做不平衡传输线，不平衡传输线可以 •
辐射。 由于地面的巨大耗散和辐射损耗，电流表现出明显的衰落，电流分布可近似如 下：
I t I me e
• 其中K是依赖与长度L的归一化常数，长度L=nλ导致在0<θm<90°角度范围内
有n个前瓣。元因子sinθ使在端射方向上只有一个零点，因此方向图不是单一 的端射瓣而是关于z轴旋转对称的锥形。一般地，把θm作为L的函数，通过之前 的辐射方向表达式得出表达式和曲线图如下：
-1
0.371 m cos（1 ） L
L
U
fL
行波线天线
• 通过检验振子上半部分的电流分布表达式变换得到公式：
l 2 L I m j jz jz I m sin z e (e e ) 2 2 j
括号中第一项可以代表向外的行波，第二项是反射波， 负号表示开路端的电流反射系数。如果出现在天线上的反射 波不强，他就可以称为行波天线。 • 可以通过终端处接匹配负载防止反射，建立行波。

kl sin[ (1 cos )] • 很大时，方向函数中 2 sin cot 项快得多，因此行波单导线的最大辐射方 项随θ的变化比起 1 cos 2
似计算如下：当 l
kl 向可由前一个因子决定，即由 sin[ (1 cos )] m 1 2 最大辐射角近似为：