关于行波天线课程设计

所谓行波天线就是指天线上的电流按行波分布的天线。行波天线可在导线末端接匹配负载，使天线上电流避免反射而以行波分布，频率变化时，输入阻抗近似不变，方向图随频率的变化也较缓慢，行波天线是宽频带天线，但是有匹配负载所以工作效率低。

二．【关键词】：

行波单导线，菱形天线，螺旋天线

三．【主要内容】：

1.行波单导线的特点及优缺点

（1）.行波单导线是指天线上电流按行波分布的单导线天线。设长度为L 的导线沿Z轴放置，如下图1-1所示，导线上电流按行波分布，即天线沿个点电流振幅相等，相位连续滞后，其馈电点置于左边原点。设输入端电流为I0，忽略沿线电流的衰减，则线上电流分布为：

I（z‘）= I0e-jkz‘

（2）.行波单导线的特点：

ⅰ.沿导线轴线方向没有辐射。

ⅱ.导线长度越长，最大辐射方向越靠近轴线方向，同时主瓣越窄，副瓣越大且副瓣数增多。

ⅲ.当L/λ很大，主瓣方向随L/λ变化趋缓，即天线的方向性具有宽频特性。最大辐射角：θm=arccos（1-λ/2L）

行波单导线的方向系数为：D≈10㏒10L/λ+5.97-10㏒10（㏒10L/λ+0.915）dB 2.菱形天线

(1).菱形天线的结构和工作原理

为了增加行波单导线的增益,可以利用排阵地方法。用4根行波单导线

菱形天线水平地悬挂在四根支柱上，从菱形天线的一只锐角端馈电，另一只锐角端接一个与菱形天线特性阻抗相等的匹配负载，使导线上形成行波电流。菱形天线可以看成是将一段匹配传输线从中间拉开，由于两线之间的距离大于波长，因而产生辐射。菱形天线的最大辐射方向位于通过两锐角顶点的垂直平面内，指向终端负载方向，具有单向辐射特性。

参考图3-2-2（a）所示，在长对角线方向，1、2两根行波导线合成电场矢量的总相位差应该由下列三部分组成：Δψ=Δψr+Δψi+ΔψE 其中，Δψr为射线行程差所引起的相位差，射线行程从各边的始端算起，Δψr=kLcosθ；Δψi为电流相位不同引起的相位差，线上个对应点电流滞后kL，即Δψi=-kL；ΔψE为电场的极化方向所引起的相位差，由图可直观看出ΔψE6 =π，将这些关系带入公式Δψ中，可以得出总相位差Δψ=kLcosθ0-kL+π

=kL（1-λ/2L）-kL+π=0即长对角线方向上导线1、2的合成场相叠加。

再研究行波导线1、4，如图3-2-2（b），在长对角线方向上射线行程差所引起的相位差Δψr=0，电流相位差Δψi=π，电场极化相位差ΔψE=π，因此总相位差Δψ=2π。

构成菱形天线的四条边的辐射场在长对角线方向上都是相同的，因此菱形天线在水平平面内的最大辐射方向是从馈电点指向负载的长对角线方向。而在其方向上，一方面并不是各边行波导线的最大辐射方向，而且不一定能满足各导线的辐射场同相的条件，因此形成副瓣，且副瓣多，副瓣电平较大。

（2）．菱形天线的方向

过长轴的垂直平面的方向函数为：

ｆ（Δ）=∣8cosΦ/1-sinΦcosΔ*sin2[kL(1- sinΦcosΔ)/2] *sin(kH sinΔ)

（3）.菱形天线的主要优缺点

优点：①．结构简单，造价低，维护方便。②方向性强。③频带宽，工作带宽可达（2-3）：1。④可应用于较大的功率，因为天线上驻波成分很小，因此不会发生电压或电流过大的问题。

缺点：结构庞大，场地大，只适合用于大型固定电台做远距离通信使用；副瓣多，副瓣电平较高，由于终端有负载电阻吸收能量，故天线效率为50%-80%左右。

为了改善菱形天线的特性参数，常采用双菱天线，它是由两个水平菱形天线组成的，如图3-2-3所示，双菱天线的旁瓣电平比单菱形天线低，增益系数约为单菱形天线的1.5-2倍。为了进一步改善菱形天线的方向性，可以将两幅双菱天线并联同相馈电，她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

3.行波V 形天线（Traveling-Wave Vee Antenna ）

行波V 形天线由一根支杆和两根载有行波电流的导线组成，架设很简单，如图3-3-1所示适用于移动的台站中。

它具有下列基本特点：

（1）最大辐射方向在过角平分线的垂直平面内，与地面有一夹角Δ，具有单向辐射特性，天线可以宽屏带工作，宽带通常可达2：1。

（2）终端接匹配负载，其阻值等于天线的特性阻抗，通常为400Ω左右，由于终端负载要吸收部分功率，故天线效率约为60%-80%。

（3）由于天线导线倾斜架设在地面上，且彼此不平行，特别是考虑地面影响时，电波的极化特性就更为复杂，一般而言，在过角平分线的垂直平面内，电波为水平极化波，在其它平面内为椭圆极化波，但当射线仰角Δ较低时，天线主要辐射的是水平极化波。

还有一种行波V形天线，称为倒V形天线（Inverted Vee Antenna），如图3-3-2所示，它相当于将水平的行波单导线从中部撑起。这种天线可以看成是半个菱形天线，他的最大辐射方向指向终端负载方向，在包含天线的垂直平面内，电场是垂直极化。它的优点是只需要一根木头，当与水平天线架设在一起时，他们之间的影响很小。与其他行波天线一样，倒V形天线具有较宽的频带特性，但它的效率低，占地面积大。

4 .螺旋天线

螺旋天线的定义:螺旋柱直径D=（0.25-0.46）λ的端射形螺旋天线，它是一种最常用的典型圆极化天线。它是一种具有螺旋形状的天线。它由导电性能良好的金属螺旋线组成，通常用同轴线馈电，同轴线的心线和螺旋线的

一端连接，同轴线的外导体则和接地的金属网（或版）相连接。螺旋天线的辐射方向与螺旋线圆周长有关。当螺旋线地圆周长比一个波长小很多时，辐射最强的方向垂直于螺旋轴；当螺旋线圆周长为一个波长的数量级时，最强辐射出现在螺旋旋轴方向上。

主要特点：

a)沿轴线方向有最大辐射；

b)辐射场是圆极化波；

c)天线导线上的电流按行波分布；

d)输入阻抗近似为纯电阻；

e)具有款频带特性。

（1）圆极化波及其应用

圆极化波具有下述重要性质：

a）圆极化波是一等幅旋转场，它可分解为两正交等幅、相位相差90°的线极化波；

b）辐射左旋圆极化波的天线，只能接受左旋圆极化波，对右旋圆极化波也有相对应的结论；

c）当圆极化波入射到一个平面上或球面上时，其反射波旋向相反，即右旋波变为左旋波，左旋波变为右旋波。

圆极化波的应用价值为：第一，使用一副圆极化天线可以接收任意取向的线极化波。第二，为了干扰和侦察对方的通信或雷达目标，需要应用圆极化天线。第三，在电视中为了克服杂乱反射所产生的重影，也可采用圆极化天线，因为它只能接受旋向相同的直射波，抑制了反射波传来的重影信号