天线8.1_端射天线

d / ＝ 0.5
图8-5
二元引向天线方向图
分析图8-5可以看出：
（ 1 ）当有源振子 2l1/λ 一定时，只要无源振子长度 2l2/λ
及两振子间距 d/λ选择得合适，无源振子就可以成为引 向器或反射器。对应于合适的d/λ值，通常用比有源振 子短百分之几的无源振子作引向器，用比有源振子长百 分之几的无源振子作反射器。 （2）当有源及无源振子长度一定时，d/λ值不同，无源 振子所起的引向或反射作用不同，例如对于2l2/λ=0.450， 当d/λ=0.1时有较强的引向作用，而当d/λ≥0.25以后就变 成了反射器（相比较而言）。因此，为了得到较强的引 向或反射作用，应正确选择或调整无源振子的长 度及 两振子的间距。 （3）为了形成较强的方向性，引向天线振子间距d/λ不 宜过大，一般d/λ<0.4。
如下图中天线共有五个振子，就称五元引向天线。
由于每个无源振子都近似等于半波长，中点为电压
波节点；各振子与天线轴线垂直，它们可以同时固 定在一根金属杆上，金属杆对天线性能影响较小； 不必采用复杂的馈电网络，因而该类天线具有体积 不大、结构简单、牢固、便于转动、馈电方便等优 点。其增益可以做到十几个分贝，具有较高增益。 缺点是调整和匹配较困难，工作带宽较窄。
8.1 引向天线的工作原理 1.引向器(Director)与反射器(Reflector) 为了分析产生“引向”或“反射”作用时振子上的电 流相位关系，我们先观察两个有源振子的情况。设有平 行排列且相距λ/4的两个对称振子，如图8―2所示。若 两振子的电流幅度相等，但振子“ 2” 的电流相位超前 振子“1”90°，即I2=I1ej90°，如图8-2（a）所示。此时 在φ=0°方向上,振子“2”的辐射场要比振子“1”的辐射 场少走λ/4路程，
R X R X
2 21 2 22 2 21 2 22
（8-2） 191页
m （8-3） X 21 X 22 arctan arctan X 21 X 22
12
180
8
180
9
90
6
90
电 流 分 布 (mA)
6
0
4
0
3
-90
2
-90
0
0
0.1 0.2 0.3 0.4 天 线 分 段 分 布 (L1/ )
有源振子近似为半波振子，主要作用是提供辐射能量； 无源振子的作用是使辐射能量集中到天线的端向。
其中稍长于有源振子的无源振子起反射能量的作用，称为
反射器；较有源振子稍短的无源振子起引导能量的作用， 称为引向器。无源振子起引向或反射作用的大小与它们的 尺寸及离开有源振子的距离有关。
通常有几个振子就称为几单元或几元引向天线。例
3.多元引向天线(Multiple Element Antenna)
为了得到足够的方向性，实际使用的引向天线大多数是更多
元数的。
通过调整无源振子的长度和振子间的间距，可以使反射器上
的感应电流相位超前于有源振子（满足式（ 8-1 ））；使引 向器“1”的感应电流相位落后于有源振子；使引向器“2”的 感应电流相位落后于引向器“1”；引向器“3”的感应电流相 位再落后于引向器“ 2”…… 如此下去便可以调整得使各个引 向器的感应电流相位依次落后下去，直到最末一个引向器落 后于它前一个为止。
N
d
M
图 8-3
根据d的范围,36°≤kd≤144°。如果0°<α<180°，
即I2的初相导前于I1时，在N点E2对E1导前的电流相 位差将与落后的波程差有相互抵消的作用，辐射场 较 强 ， 所 以 振 子 “ 2” 起 反 射 器 的 作 用 。 如 果 180°<α<0°，即 I2 落后于 I1 时，则在 M 点 E2 对 E1 导 前的波程差与落后的电流相位差相抵消，辐射场较 强，振子“2”起引向器作用。
“1” I1 E＝Emax “2” I2 ＝I1 e j90° “1” I1 E＝ 0 E＝ 0 “2” I2 ＝I1 e － j90°
/4
(a)
图8-2 引向天线原理

E＝Emax
/4
(a)振子“2”为反射器；(b)振子“2”为引向器
(b)
现在继续分析这一问题。如果将振子“2”的电 流幅度改变一下，例如减小为振子“1”的1/2， 它的基本作用会不会改变呢？此时，E2对E1的 相位关系并没有因为振幅变化而改变，虽然在 φ=0°方向，E=1.5E1,在φ=180°方向，E=0.5E1, 但相对于振子“1”，振子“2”仍然起着引向器
“1” I1 E＝Emax “2” I2 ＝I1 e j90° “1” I1 E＝ 0 E＝ 0 “2” I2 ＝I1 e － j90°
/4
(a)
图8-2 引向天线原理

E＝Emax
/4
(b)
(a)振子“2”为反射器；(b)振子“2”为引向器
即由路程差引起的相位差，振子“2” 超前于振 子“1”90°，同时，振子“ 2” 的电流相位又超 前振子“ 1” 的电流相位 90°，则两振子辐射场
由此可知，在 d/λ≤0.4 的前提下，振子“ 2” 作为 引向器或反射器的电流相位条件是 反射器：0°<α<180° （8-1） 引向器：-180°<α<0°
2.二元引向天线(Two Element Yagi-Uda Antenna) 实用中为了使天线的结构简单、牢固、成本低， 在引向天线中广泛采用无源振子作为引向器或反射 器，如图 8-4 所示。因为一般只有一个有源振子， 在引向天线中无源振子的引向或反射作用都是相对 于有源振子而言的。
的作用。这一结果使我们联想到：在一对振子 中，振子“2”起引向器或反射器作用的关键不 在于两振子的电流幅度关系，而主要在于两振 子的间距以及电流间的相位关系。
实际工作中，引向天线振子间的距离一般在0.1λ~0.4λ之
间，在这种条件下，振子“2”对振子“1”的电流相位差 等于多少才能使振子“2”成为引向器或反射器呢？下 面作一般性分析。为了简化分析过程，我们只比较振子 中心联线两端距天线等距离的两点M和N处辐射场的大 小（图8-3）。若振子“2”所在方向的M点辐射场较强， 则“2”为引向器；反之，则为反射器。设I2=mI1ejα，间 距d=0.1λ~0.4λ，则在M点E2对E1的相位差Ψ=α+kd。 “1” “2”
在φ=0°方向的总相位差为 180°，因而合成场 为零。反之，在 φ=180°方向上，振子“ 2” 的 辐射场要比振子“1”的辐射场多走λ/4路程，相 位落后90°，但其电流相位却领先 90°，则两 振子辐射场在该方向是同相相加的，因而合成 场强最大。在其它方向上，两振子辐射场的路 程差所引起的相位差为 (π/2)cosφ，而电流相位 差恒为π/2。
-180
0
0
0.2 0.4 0.6 天 线 分 段 分 布 (L2/)
-180
L1=50cm , L2=65cm , Lambda=100cm , Space=25cm Zin= 96.8111 +52.7223i ( pcaad 结果96.9 +53.4i )
角度
12
180
8
180
9
90
6
90
角度
表8-1 电流比（2l1/λ=0.475）
90°
180°
“1” “2”
“1” “2”
“1” “2”
z
d / ＝ 0.1
270° d / ＝ 0.25 (a ) 90°
d / ＝ 0.5
180°
“1” “2”
“1” “2”
“1” “2”
z
d / ＝ 0.1
270° d / ＝ 0.25 (b )
“1” “2”
2l 1
O
2l 2
z
d
图 8-4
为什么无源振子能够起引向或反射器的作用呢?我 们可以从最简单的二元引向天线进行分析。如图 8-4 所示，假定有源振子“ 1”的全长为2l1 ，无源振 子“2”的全长为2l2，二者平行排列，间距为d，则 从概念上讲：
１ . 在有源振子电磁场的作用下，无源振子将被感 应出电流I2。
电 流 分 布 (mA)
6
0
4
0
3
-90
2
-90
0
0
0.1 0.2 0.3 0.4 天 线 分 段 分 布 (L1/ )
-180
0
0
0.1 0.2 0.3 天 线 分 段 分 布 (L2/)
-180
L1=50cm , L2=35cm , Lambda=100cm , Space=25cm Zin=78.5202 +44.6492i ( pcaad 结果79.9 +45.1i )
2013.4.20
主要内容
端射天线 如何实现端射 引向天线 八木天线介绍 寄生单元的作用与工作原理 方向性 八木天线的阻抗 背射天线 结构与原理
端射天线
端射天线
比较端射阵的特点，思考端射天线的电流特点。
八木定向天线 其增益可达 10~15 dB
引向天线
因而合成场强介于最大值与最小值 (零值)之间。所以当
振子“2”的电流相位领先于振子“1”90°，即I2=I1ej90° 时，振子“2”的作用好像把振子“1”朝它方向辐射的能 量“反射”回去，故振子“2”称为反射振子(或反射器)。 如果振子“2”的馈电电流可以调节，使其相位滞后于振 子“1”90°，即I2=I1e-j90°，如图8-2（b）所示，则其结 果与上面相反，此时振子“2”的作用好像把振子“1”向 空间辐射的能量引导过来，则振子“ 2” 称为引向振子 (或引向器)。
由图可以看出，若采用一个反射器，当引向器由一个增加到两个