第三章行波天线
第3章 行波天线
第3章 行波天线
工工工工 绝绝绝
l
终终 电电
电电
图3―1―12 低架行波天线
第3章 行波天线
＝90° ＝0°
＝90° ＝0°
＝90° ＝0°
(a)
(b)
(c)
低架行波天线方向图 图3―1―14 低架行波天线方向图
第3章 行波天线
低架行波天线与其它行波天线一样， 低架行波天线与其它行波天线一样，适用 于宽波段工作。由于它架设方便、隐蔽， 于宽波段工作。由于它架设方便、隐蔽，可用 于近距离专向侦听或通信。 于近距离专向侦听或通信。但是低架行波天线 由于天线电流以大地为回路，造成较大的损耗， 由于天线电流以大地为回路，造成较大的损耗， 同时终端匹配电阻也要损耗一部分能量，故该 同时终端匹配电阻也要损耗一部分能量， 天线效率偏低。 天线效率偏低。
第3章 行波天线
3.2 螺旋天线
在2.2.3节已经介绍了螺旋天线的三种辐射 节已经介绍了螺旋天线的三种辐射 状态，本节将介绍螺旋柱直径D=（0.25~0.46） 状态，本节将介绍螺旋柱直径 （ ） λ的端射型螺旋天线。这一天线又称为轴向模 的端射型螺旋天线。 的端射型螺旋天线 螺旋天线，简称为螺旋天线，它的主要特点是： 螺旋天线，简称为螺旋天线，它的主要特点是： （1）沿轴线方向有最大辐射； ）沿轴线方向有最大辐射； （2）辐射场是圆极化波； ）辐射场是圆极化波；
第3章 行波天线
l
2φ0
H
接接接 电阻
接同同
图 3―1―4
第3章 行波天线
由于菱形天线两线之间的距离是变化的， 由于菱形天线两线之间的距离是变化的 ， 故菱形线上各点的特性阻抗不等， 故菱形线上各点的特性阻抗不等，从锐角端的 600～ 700 变化到钝角处的 ～ 变化到钝角处的1000 。 为了使特 性阻抗变化较小，菱形的各边通常用2～ 根导 性阻抗变化较小，菱形的各边通常用 ～3根导 线并在钝角处分开一定距离， 线并在钝角处分开一定距离，使天线导线的等 效直径增加，以减小天线各对应线段的特性阻 效直径增加， 抗的变化。 抗的变化。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， 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。 具有单向辐射特性。
第3章 行波天线
D
D——螺旋的直径；
l0
s
h 2a
a——螺旋线导线的半径；
s——螺距，即每圈之间的距离；
α——螺距角，
arctan s D
l0——一圈D 的长度，l0 (D )2s2s/sin
s
N——圈l数0 ；
同 轴线D 输 入
(a )
l0
金 属 接 地 板 h——轴向长度，h=Ns
(b )
s
一圈展开图形
第3章 行波天线 y A
终端 吸收 铁线 回授 线
回授 线长 度调 节器
回授式菱形天线
第3章 行波天线
三、行波V形天线（Traveling Wave Vee Antenna）
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，适用于移动的台站中。
馈线
Rl Rl
第3章 行波天线
第二节
螺旋天线
D
提高天线的有效高度之一——分布 式加载，其典型天线之一即为螺旋鞭天 线 （Helical Whip Antenna）。
信使用； （2）副瓣多，副瓣电平较高； （3）效率低，由于终端有负载电阻吸收能量。
第3章 行波天线
为了改善菱形天线的特性参数，常采用双菱天线 菱形对角线之间的距离 d≈0.8λ，其方向函数表达式为:
f2(,)f1(,)cos(k2 dcossin)
单菱形天线的 方向函数
d
~
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。
第3章 行波天线
3、 菱形天线的尺寸选择及其变形天线
当通信仰角Δ0 确定以后，选择主瓣仰角等于通信仰角。 使 f(Δ0) 最大，分别取各个因子分别最大：
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。
天线与电波传播智慧树知到答案章节测试2023年华北科技学院
绪论单元测试1.天线是一种开放式辐射系统，传输线是一种闭合式传输系统A:对B:错答案:A第一章测试1.设均匀双线的导线半径为，双线轴线间的距离为，则均匀双线的特性阻抗为：A:B:C:D:答案:D2.半波振子天线的方向图:A:在E面和H面都是8字形B:在H面为8字形，在E面为圆形C:在E面为8字形，在H面为圆形D:在E面和H面都是圆形答案:C3.设某天线输入功率为，增益为，辐射功率为，方向系数为，则距离天线距离为的测试点出最大电场强度为A:B:C:D:答案:AB4.某天线的增益系数为20dB，工作频率为0.6GHz，则有效接收面积为（）m2。
A:1.99B:1.97C:1.98D:2.00答案:A5.电基本振子的零功率波瓣宽度2θ0为（）A:45°B:360°C:90°D:180°答案:D第二章测试1.天线与馈线之间连接时要考虑：A:平衡输出B:交叉馈电C:阻抗匹配D:平衡馈电答案:CD2.提高直立天线效率的关键在于A:提高辐射电阻B:降低辐射电阻C:降低损耗电阻D:提高损耗电阻答案:AC3.短波鞭状天线一般具有很高的效率。
A:对B:错答案:B4.驻波天线，也称为谐振天线，天线上以驻波能量存在，其输入阻抗具有明显的谐振特性，天线工作频带较窄。
A:错B:对答案:B5.半波对称振子的方向系数D是（）A:1.67B:1.65C:1.64D:1.66答案:C第三章测试1.与驻波天线相比，行波天线具有以下优点A:较高的效率B:较好的单向辐射特性C:较高的增益D:较宽的工作带宽答案:BCD2.以下天线中行波天线有A:菱形天线B:引向天线C:螺旋天线答案:AC3.螺旋天线是一种最常用的线极化天线。
A:对B:错答案:B4.为了提高菱形天线的增益，可采用回授式菱形天线结构。
A:错B:对答案:A5.行波天线，天线上以行波能量存在，其输入阻抗基本不受频率变化影响，天线工作频带较宽。
第3章 行波天线.
方向函数为:
kl sin[ (1 cos )] 2 F ( ) sin kl (1 cos ) 2
驻波 行波
T(b1) ＋T/4时刻轴向辐射 场只有Ex 分量。
第 3章
行波天线
总结：
螺旋天线上的电流是行波电流，是圆极化波。 按右手螺旋方式绕制的螺旋天线，在轴向只能辐射或接收右 旋圆极化波； 按左手螺旋方式绕制的螺旋天线，在轴向只能辐射或接收左
旋圆极化波。
若用螺旋天线作抛物面天线的初级馈源，如果抛物面天线接 收右旋圆极化波，则反射后右旋变成左旋，因此螺旋天线
4、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，因为它只能接收旋向相同的直射波，抑制了反射波传 来的重影信号。
第 3章
行波天线
圆极化波的重要性质
（ 1 ）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； （ 2 ）辐射左旋圆极化波的天线，只能接收左旋圆极化波， （ 3 ）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。
（1）沿轴线方向有最大辐射； （2）辐射场是圆极化波； （3）天线导线上的电流按行波分布； （4）输入阻抗近似为纯电阻； (5
螺旋天线是一种最常用的典型的圆极化天线(Circular
Polarized Antenna)。
第 3章
行波天线
一、
圆极化波的应用
使用一副圆极化天线可以接收任意取向的线极化波。 1、通信的一方或双方处于方向、位置不定的状态，为了提高通 信的可靠性，收发天线之一应采用圆极化天线。 2、在人造卫星和弹道导弹的空间遥测系统中，信号穿过电离层 传播后，产生极化畸变，这也要求地面上安装圆极化天线作 发射或接收天线。 3、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。
《天线与电波传播(第二版)》第3章
(3-1-12)
把式(3-1-11)代入式(3-1-12)， 并考虑到场量Ez和Hj均与坐标变
量j无关， 可得
Pr l 2π Ez aHj* aa dj d z 00
l 0
E
z
a
2πaHj*
a
dz
l 0
E
z
a
I
z*d z
(3-1-13)
式中, －Ez(a)dz表示驱动对称振子di段表面电流Iz流动的感应 电动势， 此即感应电动势法(或全坡印廷矢量法)命名的由来。
图3-1-3 对称振子的辐射电阻与2l/λ的关系曲线
图3-1-4 对称振子的辐射电抗与2l/λ的关系曲线
3.1.2 两平行对称振子的互阻抗 1. 边靠边平行对称振子的互阻抗 边靠边平行对称振子如图3-1-5(a)所示， 由感应电动势法
求得互阻抗为
其中， 互电阻
Z21=R21+jX21
R21
302Cikd
天线中心和上、 下两端到P点的距离分别为
r z2 2 ,
P点的矢量磁位为
r1 z l2 2 , r2 z l2 2
(3-1-2)
A
ez
4π
l I z'
l
e jkR d z' R
(3-1-3)
其中
jk l z'
jk l z'
I z' Im sin k l z' Im e
布的良好近似。
2. 对称振子的辐射阻抗 对称振子归于波腹电流的辐射阻抗为
Zr
2Pr Im 2
(3-1-9)
式中， 对称振子的辐射总功率Pr(复功率)可由坡印廷矢量积分 法来计算
11-行波天线与平面螺旋天线 天线原理
当主瓣关于Z轴旋转对称，最大辐射角是L的函数
South China University of Technology
0.371 m cos (1 ) L/
1
随着L的增加，行波和驻波天线的波束最大值彼此
接近，不同的是驻波天线在反方向出现第二个主波 束，即在180-θm，因为驻波有反射波。
菱形天线广泛应用于广播、短波通信和超短波散
射通信。
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
Beverage天线
考虑了地面的影响的行波天线称为Beverage天线，
方向函数为:
F ( ) K sin
sin L / 2(1 cos) ( L / 2)1 cos
K为归一化常数
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
South China University of Technology
或B天线。 高度h远小于波长，天线长度通常在L=2-10之间。 可以把B天线及其在有耗地面中的镜像看作为不平 衡传输线，不平衡传输线可以辐射。
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
当L= nλ(n=4、8)时行波单导线的方向图
天线原理及设计复习
λ
分析对称振子天线的已知条件是什么？ 对称振子天线上的正弦电流分布是基于什么原理得到的？ 正弦电流分布 I ( z ) = I m sin[ β (l − | z |)] , − l ≤ z ≤ l 三角形电流分布 I ( z ) = I m (1− | z | / l ) , − l ≤ z ≤ l 单行波天线上的电流分布 I ( z ) = I 0e − j β ′z ,
6
cos( sin θ ) 2 yz 面： f (θ ) = , 0 cosθ
π
⎛ βd ⎞ ⎛π ⎞ f12 (θ ) = 2 cos ⎜ sin θ ⎟ = 2 cos ⎜ sin θ ⎟ ⎝ 2 ⎠ ⎝2 ⎠
0 ≤θ ≤π
⎛π ⎞ f12,1' 2 ' (θ ) = 2 sin ( β H cos θ ) = 2 sin ⎜ cosθ ⎟ , ⎝2 ⎠
Байду номын сангаас
2l
ρ
) − 1] ，输入阻抗随长度的
5 、二元耦合振子天线的阻抗方程总辐射阻抗
⎧U1 = I1m Z11 + I 2 m Z12 阻抗方程 ⎨ ⎩U 2 = I1m Z 21 + I 2 m Z 22
7
I 2m ⎧ Z = Z + Z12 1 11 r ⎪ I1m ⎪ 单元的辐射阻抗 ⎨ ⎪ Z = I1m Z + Z r2 21 22 ⎪ I 2m ⎩ 总辐射阻抗 Z ∑ = Z r1 + Z r 2
f12 = 2 sin(
βd
2
cos θ ) ；
cos θ ) ；
βd
2
■形成心脏形方向图的二元阵阵因子：
(α = ±
π
第3章行波天线
缺点: (1)结构庞大，场地大。适用于大型固 定电台作远距离通信用。 (2)副瓣多，副瓣电平较高。 (3)由于终端有负载电阻吸收能量，故 天线效率为50－80％左右。
4.其它形式的菱形天线
d
～
接终端负载
双菱天线
主菱形 回授菱形
终端吸收铁线 回授线 回授线长度调节器
回授式菱形天线
3.1.3 行波V形天线
1.菱形天线的构成
l 2φ h
接 特 性 阻抗
接馈线
λ ⎞ ⎛ θm1 = cos ⎜1 − ⎟ ⎝ 2L ⎠
−1
1 2θ0 4 3 θm1 2
负 载
菱形天线的辐射
I1dL1
～
θ
dEθ1 dEθ2
I4=－I1
长轴辐射场的相位差决定于三个因素： 1.电流方向相反产生相位差π； 2.极化方向相反(电场方向相反) 产生的相位差π ； 3.路程差为0
馈 线 Rl V形斜天线
Rl
电台
Rl
倒V形天线（又称为Λ天线）
3.1.4 低架行波天线
工作方向 l
终端电阻
电台
架设方便、隐蔽
E⊥ dI dx l dε2 “2” dε1 dx “1” xcosϕ ϕ x x=0 E11 x
E11
E⊥
ϕ=0o x
低架行波天线接收过程
o φ=90
o φ=90 o φ=0 180o
H＝ l
λ
4 sin Δ 0 1 2 (1 − sin φ 0 cos Δ 0 )
0
λ
=
φ 0 = 90 − Δ 0
菱形天线的优点: (1)菱形天线可以在2:1或3:1频率范围内使用， 频带宽。 (2)结构简单，架设经济，维护方便。 (3)方向性较强,适合于短波远距离定点通信。 (4)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，可应用于较大的功率。
天线8.2_行波天线与螺旋天线
即把天线分割成许多个电基本振子，而后取所有电基
本振子辐射场的总和，故
E
j 60I0 sin r
l 0
e e jkz jk (rzcos )dz
j 60I0 e jkr
sin
sin[
kl
[1
cos
]e
j
kl 2
(1cos
)
r 1 cos 2
(8―2)
式中，r为原点至场点的距离;θ为射线与z轴之间 的夹角。由上式可得行波单导线的方向函数为
40
行波单导线的方向系数 可以用下列近似公式计算： 0 0 1 2 3 4 5 6
l /
图 8―3
D 10lg l 5.97 10lg(lg l 0.915)dB (8―5)
8.2 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天线的增益，可以利用排阵 的方法。用4根行波单导线可以构成如图8―4所示 的菱形天线(Rhombic Antenna)。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，因而将产生辐射。 菱形天线广泛应用于中、远距离的短波通信，它 在米波和分米波也有应用。
m
arccos(1
2l
)
上式适用于l/λ很大时的最大辐射角的计算。
(8―4)
行波天线的输入阻抗近似 240
为一纯电阻，可以利用坡 200
印廷矢量在远区封闭球面 上的积分求出辐射电阻， 160 如图8―3所示，与驻波天 120
Rr /
线的辐射阻抗图对比，可 以看出，行波单导线的阻 80
上海交大-天线工程-第三章 EM回顾——平面电磁波教材
2014－9
合作老师
金荣洪 教授 梁仙灵 副教授
2
平面电磁波
理想介质中的平面波
导电媒质中的平面波 平面波的极化 平面波的反射与透射 全反射和全透射 平面波在多层介质表面上的垂直入射
07:10:21
3
理想介质中的平面波
➢ 平面波的电磁场 ➢ 平面波的传播特性 ➢ 沿任意方向传播的平面波
07:10:21
4
平面波的电磁场
电磁波在无界空间充满线性、均匀、各向同 性的无源区域中传播，则齐次矢量波动方程 为：
2E
-
E t 2
0
2 H - H 0
t 2
平面波的电磁场(续)
对时谐电磁场，电场强度和磁场强度矢量 满足的齐次矢量亥姆霍兹方程：
Shanghai Jiao Tong University
Antenna and propagation in wireless communication ——Chapter 3:平面电磁波
Assoc. Prof. Junping Geng Mordern Antenna Technology Institute,
效的介质
07:10:21
61
导电媒质的分类（续）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
导电媒质也可表示成
ec = c - j c
c c /
c / c = /
Jc E
Jd
=
D t
或
j E
07:10:21
1. 传导电流密度的模值 |σE|与位移电流密度的
模值|jωεE|之比
2. 导电媒质中位移电流
天线与电波传播第三章PPT课件
第三章 线天线
授课老师：徐云学
§3.1 辅助函数法
Maxwell方程
Байду номын сангаас
E
B
法拉第定律
H
J
t
D
安培定律
D B
t
电高斯定律
0 磁高斯定律
Maxwell方程
A 0
B H A
H
1
A
A
－磁矢量位函数
§3.1 辅助函数法
E
B t
H
1
A
E j H j A
4k
e jkr r3
s in
H
I0l
4
e jkr r2
s in
kr 1
近区场辐射功率密度：
W a v1 2 R E e H 1 2 R r ˆE e H ˆ E rH
W a v1 2R e r ˆj k4 I 0 lsr5 2 in ˆj k8 I 0 l2 2s irc 5 n o s0
Ur2Wav
kI0l 2 4
2
sin2
2
U
max
2
k I0l
4
2
§3.2 电基本振子
辐射功率：
电基本振子 辐射场
功率密度：
Er
I0l cos 2
1 r2
1
1 jk r
e
jk
r
E
j kI0l sin 4
1 r
1
1 jk r
1
k r2
e
jkr
H
j kI0l sin 4
1 r
1
1 jk r
远场辐射，忽略高阶项 1 n 2,3,4,
天线PPT课件(完整版)
10
电磁频谱与无线电频段
天线概念
天线是无线系统的重要部件，它是现代信息社会的电子眼、 电子耳。 定义 — 用来辐射或接收无线电波的装置，导行波与自由空 间波互相转换区域的结构，转换器件或换能器 — 能量转换。 电路的观点 — 从传输线看向天线这一段等效于一个电阻 Rr ， 是从空间耦合到天线终端的电阻，与天线结构自身的任何电阻 无关。
7
天线发展简史
三、1980, 超大阵列（VLA）抛物面天线（Very Large Array Steerable Parabolic Dish Antennas） 位于美国新墨西哥州（Socorro, New Mexico）的超大阵 列天线由27面直径为25米的抛物面按Y型方式排列组成，是 世界第一个射电天文望远镜。其分辨率相当于36千米跨度的 天线，而灵敏度相当于直径为130米的碟型天线。
1 H A
A
因此，知道
A
1 E jA jA j A
§1.1 辅助函数法
A 4 e jkR J x, y , z dv －体电流 R v e jkR J s x, y , z ds －面电流 R s e jkR I e x, y, z dl R c
天线发展简史
五、2000, 移动/手持天线（Mobile/Hand - held Antenna） 工作于800MHz的手持蜂窝电话天线随处可见。 从马可尼时代直到20世纪40年代，天线主要是以 导线为辐射单元，工作频率也提高到UHF。 进入二战期间，随着1GHz以上微波源（如调速 管、磁控管）的发明，天线开始了一个新的纪元。 波导口径天线、喇叭天线和反射面天线等如雨后春 笋般出现。
第3章 行波天线
行波单导线的方向系数的近似计算公式：
D 10lg l 5.97 10lg(lg l 0.915)dB
第3章 行波天线
二、 菱形天线
1、 菱形天线的结构和工作原理 增加行波单导线天线的增益的方法：排阵 —— 用4根行波单导线构成菱形天线。
l
20
H
接特性
阻抗
接馈线
两线之间的距离变 化，故菱形线上各 点的特性阻抗不等， 从锐角端的600～ 700Ω变化到钝角 处的1000Ω。引起 天线上局部的反射， 从而破坏行波状态。
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，适用于移动的台站中。
馈线
Rl Rl
第3章 行波天线
第二节
螺旋天线
D
提高天线的有效高度之一——分布 式加载，其典型天线之一即为螺旋鞭天 线 （Helical Whip Antenna）。
~
螺旋鞭天线
第3章 行波天线
螺旋天线的辐射特性取决于螺旋线直径D与波长的比值 D/λ， 此类天线具有三种辐射状态。
第3章 行波天线
第3章
行波天线
行波天线与驻波天线的差别及优缺点： 驻波天线工作在驻波状态，工作频带较窄，效率高于行波天线； 行波天线工作在行波状态，工作频带较宽，但效率低于驻波天线。
3.1 行波单导线及菱形天线 3.2 螺旋天线
第3章 行波天线
第一节 行波单导线及菱形天线
一、 行波单导线 行波单导线：天线上电流按行波分布的单导线天线。 天线沿线各点电流振幅相等，相位连续滞后，其馈电点
四臂螺旋天线
置于坐标原点。 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
3-2行波天线与宽频天线
而在其它方向上，天线各边辐射场不同相，叠 加后形成多个副瓣，且副瓣电平较大，这是菱 形天线的主要缺点。
2 )方向函数
实际应用中，常将菱形天线水平地架设在地面上， 地面对天线性能的影响可用其镜像等效。由于是负 镜像，菱形天线与其镜像构成等幅反相二元阵，因 而沿地面方向为零辐射。
kl 2
1
c
os
kl 1 cos
2
长导线天线方向图随长度的变化
行波长导线天线方向图（l 5 )
方向图特点：
1)沿轴线方向没有辐射； 2)随l增长，最大辐射方向逐渐靠近轴线，同
时主瓣变窄，副瓣增大、数目增多； 3) 当l 很大时，主瓣方向随 l 的变化很小，方
向性具有宽频带特性。
1)最大辐射角与零点位置
臂最大辐射张角相等，即：
0
m
Байду номын сангаас
cos1 1
2l
也就是四根行波单导线各有一个最大辐射方向指向长对角线方向。
菱形天线的辐射场为四根行波导线辐射场的矢量和。在长对角线方 向，菱形天线1、2两根行波导线合成电场矢量的总相位差为：
r i e
其中r为两导线上对应电流源到观察点波程差引起的相位差； 为i 对 应电流源的相位差； 为电e 场极化方向引起的相位差。
I z ' I0e jkz'
远区辐射场为：
E
j 60I0 r
sin
e e dz l jkz' jk rz' cos '
0
j
klI0e jkr
j kl1cos
行波线天线
行波线天线线天线有许多类型：对称振子，单极子天线，V-形偶极子，折合振子，环天线，八木天线(YAGI-UDA)，对数周期偶极子天线（LPDA ），行波线天线，等等。
前面六类线天线都是窄带天线，后面两类是宽带天线。
在窄带线天线中，电流从馈电点流向天线的末端，产生反射并在线天线上建立起驻波型的电流分布。
偶极子天线上的电流可以近似为)(2)]2(sin[)(2zj z j L j m m e e e j I z L I z I ββββ-=-=-， 2L z < （1）右边括号内第一项是外向行波，第二项是反射波。
在开路端电流反射系数是-1，所以第二项前面是负号。
当天线上第二项反射波很小时，可以看成是行波天线。
行波天线的作用类似于导波结构，而谐振天线支持驻波，类似于谐振回路。
在天线末端加上匹配负载吸收剩余电磁能量，可以防止反射波的产生。
对于很长的线天线，由于电流沿着天线流动时不断地辐射，能量不断地消耗掉，仅仅有很少的电磁能量到达天线末端，也可以看成是行波天线。
行波天线是宽带天线的一种类型。
最简单的行波线天线是仅仅传输行波的单根长线，如图1所示。
图1. 非常长的行波线天线所谓长传输线是指其长度大于半波长。
图1中R L 是 防止末端反射的匹配负载。
首先，为了简化分析，假设地平面的作用可以忽略，即天线是在自由空间之中。
当出现不完善地平面时称行波长线为Beverage 天线或波天线。
可以用镜像法来评估不完善地平面的作用。
其次，假设馈电点的精细结构并不重要。
如图1所，用同轴线对长线天线馈电。
当L d <<时垂直段的辐射作用可以忽略。
最后，假设沿着长线辐射损耗和欧姆损耗比较小，也就是说，衰减可以忽略。
线上的电流幅值不变，相速等于自由空间的相速，电流可写为z j m t e I z I β-=)( （2）式（2）表示沿+z 方向传播的不衰减行波，相位常数为β。
式（2）表示了一个均匀线电流源。
根据第一章的讨论，一个沿Z 轴的线电流源的远区辐射电场强度为⎰-'-''=22cos )(sin 4ˆL Lz j rj z d e z I r e j θββθπωμθE （3）其中线源电流分布为)(z I '，长度为L 。
行波和行波天线
漫谈驻波比驻波比全称为电压驻波比，又名VSWR和SWR，为英文Voltage Standing Wave Ratio的简写。
在无线电通信中，天线与馈线的阻抗不匹配或天线与发信机的阻抗不匹配，高频能量就会产生反射折回，并与前进的部分干扰汇合发生驻波。
为了表征和测量天线系统中的驻波特性，也就是天线中正向波与反射波的情况，人们建立了“驻波比”这一概念，SWR=R/r=(1+K)/(1-K)反射系数K=(R-r)/(R+r)(K为负值时表明相位相反)式中R和r分别是输出阻抗和输入阻抗。
当两个阻抗数值一样时，即达到完全匹配，反射系数K等于0，驻波比为1。
这是一种理想的状况，实际上总存在反射，所以驻波比总是大于1的。
—————————————————————————漫谈驻波比摘自:《专业无线通信》传媒电压驻波比（VSWR）是射频技术中最常用的参数之一，用来衡量部件之间的匹配是否良好。
业余无线电爱好者用电台进行联络之前，当然首先会想到测量一下天线系统的驻波比是否接近1:1。
那么，什么是驻波？还有，如果VSWR接近1:1，当然好。
但如果不能达到1，将会怎样呢？小到几天线才算合格？为什么老式电台上没有驻波表？本文不打算重复很多无线电技术书籍中关于电压驻波比的理论叙述，只是想从感性认识的层面介绍一些驻波和行波的概念，再谈几个实用问题。
行波和行波天线电流在导线中流动的速度很快。
在直流电路和低频交流电路中，流过导线某一截面的电流总是会在电路参数发生变化之前流过其它各截面，因此任何时刻一条导线上各截面电流的方向和大小是一样的。
不过，电流从一点流到另一点毕竟还是需要时间的。
在高频电路中，在高频率交流电源的驱动下，电流、电压的大小和方向都变化得极快，前一时刻流过某点的电流刚刚来得及流到相邻段，该点电流的大小或方向已经随电源而发生改变，这样就造成同一时刻电路各点的电流和电压不再彼此相同。
如果我们用一个等幅高频率交流电源联接到一对无穷长的均匀平行长线上，那么靠近电源端的导线之中就会有同步于电源的高频交变电压和电流。
第3章 天线-yxm
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二、对称振子
对称振子是一种经典的、迄今为止使用最 广泛的天线，单个半波对称振子可简单地 单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源， 也可采用多个半波对称振子组成天线阵。
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两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂 长度为四分之一波长、全长为二分之一波 长的振子，称半波对称振子。
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1、双极化天线
把垂直极化和水平极化两种极化的天线组合在一起，或者， 把 +45° 极化和 -45° 极化两种极化的天线组合在一起， 就构成了一种新的天线---双极化天线
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两个单极化天线安装在一起组成一付双极化天线， 双极化天线有两个接头. 双极化天线辐射（或接收） 两个极化在空间相互正交（垂直）的波。
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复合高频头
2．Ku／Ku复合高频头
将两个性能参数相同的Ku波段高频头做成一体， 共用一个端口，可通过一面天线来完成两颗相接 近卫星Ku波段信号的接收。如雷霆BOLT-21双星 高频头，内含有DiSEqC切换短路，使用者用它配 合一面偏馈天线即可接收146度E和138度E两颗卫 星上的所有Ku波段节目(当然所收视两颗卫 星的 落地场强要满足接收要求)。
抗干扰能力越强。 还有一种波瓣宽度，即 10dB波瓣宽度，顾名思义它是方
向图中辐射强度降低 10dB （功率密度降至十分之一） 的
两个点间的夹角 .
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5、前后比
方向图中，前后瓣最大值之比称为前后比，记为 F / B 。 前后比越大，天线的后向辐射（或接收）越小。 F / B = 10 Lg {（前向功率密度） /（ 后向功率密度）}
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0 线1、2合成场分析
1、2两根行波导线合成电场矢量总相位差由三部分组成：
r i E 射线行程差引起的相位差 r kl cos 0 电场极化相位差 电流相位差 kl E i kl cos 0 kl kl (1 ) kl 0
4
j 60 I 0 dz jk ( r z ' cos ) dE sin e r
（2）方向函数
kl sin[ (1 cos )] 2 F ( ) sin kl (1 cos ) 2
5
（3）行波单导线方向性特点
（1）沿导线轴线方向没有辐射，这是由于
∞
3 3 ∞
右旋圆极化
0
根据螺旋天线直径D的不同 可分为圆柱形螺旋天线和圆 锥形螺旋天线，圆锥天线可 增大带宽。螺旋天线通常用
同轴线馈电，一端与同轴线 的内导体相连接，另一端处 于自由状态或与同轴线的外导体相连接。同轴线的外 导体一般与垂直于天线轴线的金属板相连接，该板即 为接地板。接地板可以减弱同轴线外表面的感应电流， 改善天线的辐射特性，同时又可以减弱后向辐射，圆 形接地板的直径约为（0.8～1.5）λ 。 34
（3）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 较低时，主要辐射的是水平极化波。 23
3.2 螺旋天线
螺旋天线是一种分布式的加载天
线，相当于将加载的电感分布在 鞭状天线的整个线段中，目的是 提高天线上的电流分布，增加天
线的效率。它和单振子天线相比，
用于中、远距离的短波通信。
（1）菱形天线特点
优点： （1）可以在2：1或3：1的频率范围内使用，频带宽；
（2）结构简单，架设经济，维护方便； （3）方向性较强，适合短波远距离定点通信；
（4）驻波成分小，电压和电流不会过大，可应用于较
大的功率。 缺点： （1）结构庞大，占地面积大，适应于大型固定电台作 远距离通信用；
第三章 行波天线
天线上的电流按行波分布的天线称为行波 天线。当频率变化时，行波天线的输入阻 抗近似不变，方向图随频率的变化比较缓 慢，为宽频带天线。 天线上的电流按驻波分布的天线称为驻波 天线（谐振天线），其输入阻抗具有明显 的谐振特性，工作频带较窄。
1
行波天线
驻波天线（谐振天线）的输入阻抗具有明显的谐 振特性，因此天线的工作频带较窄，相对带宽约 百分之几到百分之十几 。 行波天线工作于行波状态，频率变化时，输入阻 抗近似不变，方向图随频率的变化也较慢，因此 频带较宽，绝对带宽可达（2～3）：1，是宽频 带天线。但行波天线的宽频带特性是用牺牲效率 （或增益）来换取的，因为有部分能量被负载吸 收，故其效率低于谐振式驻波天线。
螺旋天线的几何参数
D--螺旋的直径
a--旋线导线的半径 s--螺距，即每圈之间的距离 s --螺距角， arctan D l0 --圈的长度，l ( D) 2 s 2 s / sin 0
19
双菱天线
kd cos sin ) d 0.8 ， f 2 (, ) f1 (, ) cos( 2
由两个水平菱形天线组成，双菱天线旁瓣电平比单菱天线
低，增益系数约为单菱天线的1.5～2倍。为进一步改善菱 形天线方向性，可将两幅双菱天线并联同相馈电，它的增 益和天线效率可比双菱天线增加1.7～2倍。
25
边射型（D/λ <0.18） 端射型（D/λ =0.25～0.46） 圆锥型（D/λ >0.46）
26
（一）D/λ <0.18
D/λ
<0.18细螺旋天线，最大辐射方向在垂直于天线轴
的法向，又称法向螺旋天线。
将法向螺旋天线看成由N个
单元组成，每个单元又有一个
小环和一电基本振子构成。由
于环的直径很小，合成单元上 的电流可认为是等幅同相。
（4）最大辐射角的求解
m arccos(1
当l/λ
2l
)
很大时， m 随l/λ 变化很小，即最大辐
7
射方向随波长变化很小，具有宽频谱特性。
（5）方向系数
行波单导线的方向系数可以用下列近似公式
计算：
D 10 lg
l
5.97 10 lg(lg
l
0.915 )dB
2
3.1 行波单导线及菱形天线
（一）行波单导线
行波单导线是指天线上电流按行波分布的单 导线天线，各点振幅相等，相位连续滞后。
3
（1）辐射场
电流分布：
I ( z ) I 0e
'
'
jkz '
l j 60 I 0 dz ' jkz ' jk ( r z ' cos ) ' E sin e e dz 0 r kl j (1 cos ) j 60 I 0 jkr sin kl e sin[ (1 cos )]e 2 r 1 cos 2
菱形天线尺寸选择
在通信仰角
和 0 ； 将边长缩为最佳的（1～1.5）/2，可得到满意结果；
菱形天线一般有30%
0和工作波长λ 确定后，可直接算出H、l
～40%的功率损耗在终端电阻中， 特别是作为大功率电台的发射天线，终端电阻必须能承 受足够大的功率。
为改善菱形天线的方向性，常采用双菱天线； 为提高菱形天线的效率，可采用回授式菱形天线。
两根载有行波电流的导线 构成，架设简单，适用于 移动台站中使用。
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V形天线特点
（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 ，具有单向辐射特性，天线 可宽频带工作，带宽通常可达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。由于终端负载上要吸 收部分功率，故天线效率为60%。
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圆极化波性质
若通信的一方或双方处于方向、位置不定的状态，为 了提高通信的可靠性，收发天线之一应采用圆极化天 线，圆极化波的重要性质：
（1）圆极化波是一等幅旋转场，可分解为两正交等幅、 相位相差90°的线极化波； （2）辐射左旋圆极化波的天线，只能接收左旋圆极化波， 对右旋圆极化波也有相对应的结论；
27
30 I D 小环辐射场： E sin 2 r 60 I l 电基本振 sin 子辐射场： E j r
2 2
椭圆极化波的长轴与短轴之比称为轴比
2l AR 2 E ( D ) E
28
细螺旋天线一圈的总辐射场为 E 和 E 的矢量和， 两相互垂直的分量均具有 sin 的方向图，并且相位 差为90°，合成电场为椭圆极化波。 沿螺旋线的轴线方向的电流分布仍接近正弦分布， 它是一种慢波结构，电磁波沿轴线传播的相速比沿 直导线传播的相速小。
基本振子沿轴线方向无辐射缘故；
（2）导线长度愈长，最大辐射方向愈靠近
轴线方向，同时主瓣愈窄，副瓣愈大且副瓣数 增多；
（3）当l/λ
很大时，主瓣方向随l/λ 变化 趋缓，即天线方向性具有宽频带特性。
6
kl (1 cos )] 当l/λ 很大时，方向函数中 sin[ 2 sin cot 项快得多， 项随 的变化比起 1 cos 2 因此行波单导线的最大辐射方向可由前一个因 子决定，即 sin[ kl (1 cos )] 1 m 2
8
（二）菱形天线
为了增加行波单导线的增益，用4根行波单导线
构成菱形天线（排阵的方法）。
9
菱形天线
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，另一只锐角接一个与菱形天线 特性阻抗相等匹配负载，使导线上形成行波电流。
天线间距变化，导致各点特性阻抗不等，从锐角
端的600～700Ω 到钝角的1000Ω ，各点特性阻抗不 均匀引起天线上局部反射，破坏了行波状态，采用 各边并上2～3根导线并在钝角处分开一定距离，增 加其等效直径，以减小各对应线段特性阻抗的变化。
0 m
2l
行波导线1、4合成场分析
1、4两根行波导线在长对角线方向上射线行程差引起的
相位差
，电流相位差 ，电场极化 0 r 相位差 ，因此总相位差 2 。
i
E
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菱形天线方向性缺点
构成菱形天线的四条边的辐射场在长对角线方
向上都是同相的，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。而在其它方向上，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
20
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，剩余的能量就能辐射 出去，从而提高天线效率。
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（三）行波V形天线
菱形天线占地面积大，结构和架设比较复杂，
因此只能在固定台站中使用。
V形天线仅有一根支杆和
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发射天线极化
垂直极化
接收天线极化
垂直极化 水平极化 斜极化（45°/135°）
功率损失（dB）
0 ∞ 3
圆极化（左/右）
水平极化 垂直极化 水平极化 斜极化（45°/135°）
3
∞ 0 3
圆极化（左/右）
左旋圆极化 垂直/水平极化 斜极化（45°/135°） 左旋圆极化
3
3 3 0
右旋圆极化
右旋圆极化 垂直/水平极化 斜极化（45°/135°） 左旋圆极化
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（4）菱形天线的尺寸选择及其变形天线
通信仰角 0