第3章 行波天线
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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。
微波技术基础思考题1、微波是一般指频率从300M至3000G Hz范围内的电磁波,其相应的波长从1m至0.1mm。
从电子学和物理学的观点看,微波有似光性、似声性、穿透性、非电离性、信息性等重要特点。
2、导行波的模式,简称导模,是指能够沿导行系统独立存在的场型,其特点是:(1)在导行系统横截面上的电磁波呈驻波分布,且是完全确定的。
这一分布与频率无关,并与横截面在导行系统上的位置无关;(2)导模是离散的,具有离散谱;当工作频率一定时,每个导模具有唯一的传播常数;(3)导模之间相互正交,彼此独立,互不耦合;(4)具有截止特性,截止条件和截止波长因导行系统和因模式而异。
3、广义地讲,凡是能够导引电磁波沿一定的方向传播的导体、介质或由它们组成的导波系统,都可以称为传输线。
若按传输线所导引的电磁波波形(或称模、场结构、场分布),可分为三种类型:(1)TEM波传输线,如平行双导线、同轴线、带状线和微带线,他们都是双导线传输系统;(2)TE波和TM波传输线,如矩形、圆形、脊形和椭圆形波导等,他们是由金属管构成的,属于单导体传输系统;(3)表面波传输系统,如介质波导(光波导)、介质镜象线等,电磁波聚集在传输线内部及其表面附近沿轴线方向传播,一般是TE或TM波的叠加。
对传输线的基本要求是:工作频带宽、功率容量大、工作稳定性好、损耗小、易耦合、尺寸小和成本低。
一般地,在米波或分米波段,可采用双导线或同轴线;在厘米波段可采用空心金属波导管及带状线和微带线等;在毫米波段采用空心金属波导管、介质波导、介质镜像线和微带线;在光频波段采用光波导(光纤)。
以上划分主要是从减少损耗和结构工艺等方面考虑。
传输线理论主要包括两方面的内容:一是研究所传输波形的电磁波在传输线横截面内电场和磁场的分布规律(也称场结构、模、波型),称横向问题;二是研究电磁波沿传输线轴向的传播特性和场的分布规律,称为纵向问题。
横向问题要通过求解电磁场的边值问题来解决;各类传输线的纵向问题却有很多共同之处。
行波原理的应用1. 简介行波原理是电磁波传播的基本原理之一,它在通信、雷达、天线等领域有着广泛的应用。
本文将介绍行波原理的基本概念以及其在不同领域的应用。
2. 行波原理的概念行波是指电磁波在传播过程中,电场和磁场的幅度沿着传播方向不断变化,而不是保持恒定。
行波的传播速度等于电磁波的传播速度,可以很好地描述电磁波在空间中传播的特性。
3. 行波原理的应用场景3.1 通信领域在通信领域,行波原理被广泛应用于高频电路和射频电路设计中。
通过利用行波的特性,可以实现信号的传输和放大。
例如,行波管是一种常见的高频放大器,其工作原理就是利用行波原理沿着管内传播的高频电磁波来放大信号。
3.2 雷达系统雷达系统使用行波原理来实现目标的检测和测距。
当雷达发射一束行波,当波遇到目标时会被目标散射回来,通过接收器接收到的信号分析,可以得到目标的距离、方向和速度等信息。
3.3 天线技术天线是电磁波的发射器和接收器,行波原理被广泛应用于天线的设计和优化中。
通过利用行波的特性,可以实现天线的辐射和接收效率的提高。
例如,行波天线是一种常见的宽带天线,其特点是具有宽频带和高增益。
4. 行波原理的优势4.1 带宽优势行波原理可以实现宽带信号的传输和处理,相比传统的窄带传输方式,行波原理具有更高的数据传输速率和更广的信号带宽。
4.2 抗干扰能力由于行波的特性,它对多径传播、多路径衰落等干扰具有较好的抵抗能力,可以提供更稳定的信号传输质量。
4.3 波束指向性利用行波原理,可以实现波束指向性的天线设计。
波束指向性天线可以将信号集中在特定的方向上,提高信号传输的效率和可靠性。
5. 总结行波原理作为电磁波传播的基本原理之一,在通信、雷达、天线等领域有着广泛的应用。
通过利用行波的特性,可以实现宽带信号的传输和处理,提高信号传输的质量和效率。
同时,行波原理还具有抗干扰能力和波束指向性的优势,可以满足不同场景下的需求。
行波原理的应用将进一步推动通信技术和雷达系统的发展。