天線技術Antenna Technology

一、終端開路的傳(chuan) 輸線
當傳(chuan) 輸線接到信號時,電信號將以光速按餘(yu) 弦分布規律向終端傳(chuan) 播.由於(yu) 終端開路,信號不能繼續向前傳(chuan) 播,則會(hui) 向始端方向形成全反射,此時相當於(yu) 在傳(chuan) 輸線的終端接入一個(ge) 信號源使電信號又由終端向始端以光速傳(chuan) 播.一般的說把由始端向終端傳(chuan) 播的電波稱入射波;把由終端反射回來的電波稱反射波.入射波和反射波都是行波.這裏所謂的行波即是電壓與(yu) 電流同相的電波.
討論傳(chuan) 輸線還引入一個(ge) 駐波的概念,所謂駐波就是電壓與(yu) 電流相位不同且相差四分之一波長,電壓電流的振幅有不均分布.在終端開路的傳(chuan) 輸線中,同時存在著反射波和入射波,反射波電流與(yu) 入射波電流的相位互為(wei) 反相,所以說傳(chuan) 輸線上存在著駐波,通常傳(chuan) 輸線上同時存在著行波和駐波,行波,駐波是由入射波和反射波的電流形成的.終端開路的傳(chuan) 輸線由於(yu) 形成全反射,所以其駐波成份很大,故沒有能量傳(chuan) 輸(隻有在行波狀態下線上才有能量傳(chuan) 輸)假設這條傳(chuan) 輸線無損耗.那這時隻是在某一個(ge) 時期內(nei) 存儲(chu) 能量,在另一時期內(nei) 放出能量.所以對信號源來說它是一個(ge) 純電抗性的負載,在終端開路的傳(chuan) 輸線有以下特點,傳(chuan) 輸線少於(yu) 四分之一波長時其電抗為(wei) 容性;等於(yu) 四分之一波長時為(wei) 電抗為(wei) 零;大於(yu) 四分之一波長時電抗為(wei) 電感性;等於(yu) 二分之一波長時為(wei) 純電阻性.

二、終端短路的傳(chuan) 輸線
終端短路的傳(chuan) 輸線和終端開路的傳(chuan) 輸線相反,它的駐波特性是入射電流與(yu) 反射波電流同相,入射波電壓與(yu) 反射波電壓相位相反.其阻抗特性是小於(yu) 四分之一波長時傳(chuan) 輸線呈感性;等於(yu) 四分之一波長時呈純電阻性;大於(yu) 四分之一波長時呈容性;等於(yu) 二分之一波長時電抗為(wei) 零.
在一般情況下傳(chuan) 輸線的終端都接有負載,其負載通常既有電阻成份也有電抗成份,因而由信號源輸出的能量一部分貝負載吸收,另一部分將倍反射回來,所以傳(chuan) 輸線上行波與(yu) 駐波同時並存,為(wei) 了進一步描述線上行波和駐波的分布關(guan) 係,我們(men) 引入幾個(ge) 具體(ti) 的指標:
1.反射係數:P=反射波振幅/入射波振幅=傳(chuan) 輸線特性阻抗-負載阻抗/傳(chuan) 輸線特性阻抗+負載阻抗
2.行波係數:K=電壓最小值/電壓最大值=反射波振幅-入射波振幅/反射波振幅+入射波振幅
在傳(chuan) 輸線中因為(wei) 同時存在入射波和反射波,所以在傳(chuan) 輸線上任何一點的電壓都是兩(liang) 波振幅之和.
3.駐波比:S=電壓最大值/電壓最小值
綜上所述,在傳(chuan) 輸線終端有負載時,傳(chuan) 輸線輸入阻抗有以下性質:
1.傳(chuan) 輸線上距離終端四分之一波長的奇數倍處的等效阻抗等於(yu) 特性阻抗的平方除以終端負載.
2.傳(chuan) 輸線上距離終端二分之一波長整數處的等效阻抗等於(yu) 負載阻抗.
四.天線的一般原理
當導體(ti) 上通以高頻電流時,在其周圍 空間會(hui) 產(chan) 生電場 與(yu) 磁場.按電磁場在空間的分布特性,可分為(wei) 近區,中間區, 遠區.設R為(wei) 空間一點距導體(ti) 的距離,在R《 λ/2π 時的區域稱近區,在該區內(nei) 的電磁場與(yu) 導體(ti) 中電流,電壓有緊密的聯係.
在R》λ/2π的區域稱為(wei) 遠區,在 該區域內(nei) 電磁場能離開導體(ti) 向空間傳(chuan) 播,它的變化相對於(yu) 導 體(ti) 上的電流電壓就要滯後一段時間,此時傳(chuan) 播出去的電磁波已不與(yu) 導線上的電流,電壓有直接的聯係 了,這區域的電磁場稱為(wei) 輻射場.
發射天線正是利用輻射場的這種性質,使傳(chuan) 送的信號經過發射天線後能夠充分地向空間輻射,如何使導體(ti) 成為(wei) 一個(ge) 有效輻射體(ti) 導係統呢?這裏我們(men) 先分析一下傳(chuan) 輸線上的情況,在平行雙線的傳(chuan) 輸線上為(wei) 了使隻有能量的傳(chuan) 輸而沒有輻射,必須保證兩(liang) 線結構對稱,線上對應點電流大小和方向相反.且兩(liang) 線間的距離《π.要使電磁場能有效地輻射出去,就必須破壞傳(chuan) 輸線的這種對稱性,如采用把二導體(ti) 成一定的角度分開,或是將其中一邊去掉等 方法,都能使導體(ti) 對稱性破壞而產(chan) 生輻射.
如圖TX,圖中將開路傳(chuan) 輸或距離終端π/4處的導體(ti) 成直狀分開,此時終端導體(ti) 上的電流已不是反相而是同相了,從(cong) 而使該段導體(ti) 在空間點的輻射場同相迭加.構成一個(ge) 有效的輻射係統.這就是最簡單,最基本的單元天線,稱為(wei) 半波對稱振子天線,其特性阻抗為(wei) 75Ω.電磁波從(cong) 發射天線輻射出來以後,向四麵傳(chuan) 播出去,若電磁波傳(chuan) 播的方向上 放一對稱振子,則在電磁波的作用下,天線振子上就會(hui) 產(chan) 生感應電動勢.如此時天線與(yu) 接收設備相連,則在接收設備輸入端 就會(hui) 產(chan) 生高頻電流,這樣天線就起著接收作用並將電磁波轉化為(wei) 高頻電流,也就是說此時天線起著接收天線的作用,接收效果的好壞除了電波的強弱外還取決(jue) 於(yu) 天線的方向性和半邊對稱振子與(yu) 接收設備的匹配.

三、長線傳(chuan) 輸線
在高頻情況下,電磁波沿傳(chuan) 輸線傳(chuan) 播時,由於(yu) 電磁波的波長很短,在傳(chuan) 輸線上會(hui) 發生與(yu) 傳(chuan) 輸音頻信號時不同的現象.必須運用,另外一套適合高頻情況的分析方法.
當沿傳(chuan) 輸線上傳(chuan) 播的電磁波的波長可以與(yu) 傳(chuan) 輸線的幾何長度相比擬時,此時的傳(chuan) 輸線通常稱為(wei) 長線.
1.長線上具有電流電壓不均分布:將一傳(chuan) 輸線取長度為(wei) 10米,當線上通以高頻電流時(長線情況),如F=150MHZ.人(波長)=2米由於(yu) 波長較短,在這段傳(chuan) 輸線中電流有幾個(ge) 周期的變化,如圖A所示.因而在同一時刻線上各點電流的大少與(yu) 方向都有所不同;而在低頻情況下(即短線情況下)如F=50HZ的交流電,其工作波長為(wei) 6000公裏,相差3000000備,同是在10米長的傳(chuan) 輸線上電流大少變化很少可認為(wei) 不變.

2.長線是一個(ge) 分布參數係統:對於(yu) 長線來說,隨著傳(chuan) 輸線長度的不同或是沿線傳(chuan) 播電磁波的波長不同,在傳(chuan) 輸線上本身就具有分布電容和分布電感參數.並且這些分布參數的影響很大,在長線的情況下,由於(yu) 隨線長的不同或工作波長的不同,傳(chuan) 輸線本身會(hui) 呈現出不同性質的阻抗(容抗,感抗或純電阻).而短線上隻有電容器中才具有電場,線圈中才產(chan) 生磁場,與(yu) 線長沒有關(guan) 係.