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正交振子天线

[拼音]:zhengjiao zhenzi tianxian

[外文]:orthogonal dipole antenna

由两个形式相同且相互正交的对称振子构成的天线,其对称振子上的激励电流大小相等,相位相差π/2,又称为旋转场天线(图1a)。最常用的对称振子是半波振子,也可以用环天线(磁偶极子)或短天线(电偶极子)等形式。这种天线最初是作为超短波调频广播天线于1936年出现的。后来采用各种宽频带对称振子(例如林登布莱德振子、白劳德面振子和蝙蝠翼形振子等)构成的正交振子天线,广泛用作电视广播发射天线,其中以蝙蝠翼形振子用得最多。

由两个短天线构成的正交振子天线,在以短天线所在平面为参考面的θ方向和时间t 时Ecos(ωt-θ)。它是电场在某一方向θ于某一时刻t时可达到的较大值。因此,天线辐射电场的有效方向图是一个圆。在某一时刻,天线的方向图呈8字形,与单个短天线的相同,在一个周期内,该8字形绕天线的中心杆旋转一周(图1b),因而这种天线也称为绕杆式天线。

正交振子天线在振子所在平面的辐射场为线极化;在该平面法线方向为圆极化;在其他方向为椭圆极化,极化椭圆的轴比随方向不同而变化。由半波振子构成的正交振子天线在振子所在平面的方向图近似圆形。若将对称振子水平放置,则水平面的方向图近似为一圆,正好满足一般电视、广播的需要,因而得到广泛应用。电视、广播天线要求在垂直面的方向图尖锐一些,为此可将几副这样的正交振子天线沿垂直方向以0.5~1倍工作波长的间距叠架成正交振子天线阵。

电视发射天线要求有良好的宽频带特性,即应该保证在整个通频带内有良好的匹配,否则会因电波的反射而在电视机上出现重影。为了获得宽频带特性,应该设法增大对称振子的横截面积。蝙蝠翼形振子(图2a)能够较好地满足这种要求。为了减小承风面积和重量,振子面做成栅条形。馈电点在2处,两端在3处短路,于是在2和3间形成驻波,2点处的电压很高。如果把振子框架的水平部分看成是几个水平对称振子,则在2点的振子最短,它的阻抗很大,因而振子上的电流较小。从2点到3点,振子逐渐变长,虽然驻波的电压逐渐变小,但因对称振子的输入阻抗减小快而使振子上的电流仍然逐渐加大,所以上下两端的对称振子起主要作用。在与振子面相垂直的H平面上的方向图如图2b,z相当于垂直方向,x相当于水平方向。蝙蝠翼形振子的输入电阻约为130~153欧,输入电抗不大于±10欧。对天线通频带宽窄起主要作用的是在中间部分的收缩尺寸。天线杆1的粗细也会影响天线的阻抗和方向特性,因此,若单从电性能上考虑,杆径应该尽量小些,但应保证足够的机械强度,一般选择为0.1~0.15λ,较大不超过0.2λ。

蝙蝠翼形振子和天线杆一般都是用钢管做成,在表面上镀锌以防腐蚀。蝙蝠翼形振子有时也镀铜或用合金钢材料制作。

正交蝙蝠翼形振子天线的主要优点是:

(1)通频带宽度可达20%~25%;

(2)驻波系数小于1.1;

(3)不需用介质绝缘子,振子与天线杆的固定很牢靠;

(4)有较大的功率容量;

(5)轴向辐射小。

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