华南理工大学射频电路与天线课件,内容很全面

射频电路与天线(二)RF Circuits and Antennas

第7讲折合振子与八木天线褚庆昕华南理工大学电子与信息学院天线与射频技术研究所 Tel: 22236201-601 Email: qxchu@http://Research Institute of Antennas& RF Techniques School of Electronic& Information Engineering

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第7讲内容South China University of Technology

V形振子折合振子八木天线

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7.1 V形振子对称振子天线回顾South China University of Technology

cos(β L/ 2 cosθ ) cos(β L/ 2) F (θ )= sinθ

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对称振子天线方向图

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对称振子天线增益

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实际应用中也经常用到非直线的导线振子，如V型天线。South China University of Technology

例如，安装在室内的电视天线，由于墙壁的多次反射，电视塔发来的电磁波已不再是水平极化，仍采用水平极化的对称振子不再是一个好的选择。而采用长度和角度可调的羊角天线，是最常用的选择。通过调节羊角天线的长度和角度可以获得最佳的收视效果。

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采用矩量法，对于 0.5≤ h/λ< 3的V型天线，在扇形区内方向性最大的角度γ可由下式给出γ= 152( ) 2 388( )+ 324, 0.5≤< 1.5λλλγ= 11.5( ) 2 70.5( )+ 162, 1.5≤< 3λλλh h h h h h

相应的方向性为h D= 2.95( )+ 1.15

λ

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【例7-1】 h=0.75λ的V型振子。South China University of Technology

最大辐射方向为 = 90角度γ= 118.5方向性3.35=5.26dB对称振子2.2=3.4dB前后比2dB。对称振子0dB输入阻抗106+j17Ω对称振子360+j700Research Institute of Antennas& RF Techniques School of Electronic& Information Engineering

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7.2折合振子折合振子(folded-dipole)是常用的线天线之一。South China University of Technology

从形状上看，折合振子是一个窄矩形环，窄边长度远远小于宽边长度，且馈电在宽边的中心。实际的折合振子的宽边长度取为半波长。这时，折合振子可以看作为两个平行排列、间距很小、两端连接的半波对称振子组成。一个振子的馈电在中间，另一个振子的馈电在两边，但与中间馈电的振子相同。

折合振子可以等效为平行排列、间距很近、馈电相同的二元对称

振子阵。Research Institute of Antennas& RF Techniques School of Electronic& Information Engineering

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L=λ/2

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折合振子的辐射South China University of Technology

对于远场区，由于间距很小，两个对称振子之间的相位差可以忽略，因此，折合振子的辐射场相当于两个对称振子的辐射场的叠加。在折合振子与单个对称振子馈电电流相同的条件下，折合振子的辐射功率是单个对称振子的辐射功率的两倍。在辐射功率相同的条件下，折合振子的输入电流是单个对称振子的输入电流的一半。

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折合振子的输入阻抗South China University of Technology

由于间距很小，折合振子相当于两个耦合非常紧的二元阵。根据对称性和互易性，二元阵的阻抗矩阵为V1= Z11 I1+ Z12 I 2 V2= Z12 I1+ Z11 I 21

2

折合振子的输入阻抗相当于2端口短路时，1端口的输入阻抗。Vin= Z11 I in+ Z12 I 2 0= Z12 I in+ Z11 I 2

Z f= Vin/ I in= Z11+ Z12 I 2/ I in2= Z11 Z12/ Z11

采用奇偶模激励法是最严格和方便方法。Research Institute of Antennas& RF Techniques School of Electronic& Information Engineering

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偶模激励V1= V2= VeSouth China University of Technology

由于结构对称，所以I1= I 2= I e Ve= ( Z11+ Z12 ) I e Ie Ve++ -

Ie Ve

Ie Ve

Ie

偶模激励时，折合振子相当于对称振子，只是电流为2Ie,于是Ve= Z d 2 I e

Z11+ Z12= 2Z d

其中，Zd为单个对称振子的输入阻抗。偶模激励正对应于折合振子的天线模式。Research Institute of Antennas& RF Techniques School of Electronic& Information Engineering

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奇模激励V1= V2= VoSouth China University of Technology

I1= I 2= I o

Vo= ( Z11 Z12 ) I o

奇模激励时，折合振子相当于两个相向的长度为 L/2的短路双导线传输线。于是Vo= I o Z t= I o jZ 0 tan(β L/ 2) Z11 Z12= Z t

Io+ -

Io+

Io Vo+-

Io-

Vo

Vo

Vo+

其中，Zt、 Z0分别为双导线的输入阻抗和特性阻抗。奇模激励也称为折合振子的传输线模式。Research Institute of Antennas& RF Techniques School of Electronic& Information Engineering

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任意激励可以看作为偶模激励与奇模激励的叠加。South China University of Technology

V1= Ve+ Vo,V2= Ve Vo I1= I e+ I o,I 2= I e I o

当 V2= 0时，Vin= V1= 2Ve,Ve= Vo= Vin/ 2,I in= I1= I e+ I oIe++ -

Ie Ve

Io+ -

Io+

I in= I o+ I e Vin= Ve+ Vo+ -

Ve

Vo

Vo

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于是，折合振子的输入阻抗为South China University of Technology

Zf=

Vin Vo+ Ve

Vin/ 2+ Vin/ 2 4Z d Zt=== I in I o+ I e (1/ 2 Z d+ 1/ Z t )Vin/ 2 2 Z d+ Z t 2 Z d= Z11+ Z12 Z t= Z11 Z12 Z11= Z d+ Z t/ 2 Z12= Z d Z t/ 2

阻抗矩阵参数

也可以利用阻抗矩阵得到输入阻抗2 2 4Z d Zt Z11 Z12 ( Z d+ Z t/ 2) 2 ( Z d Z t/ 2) 2== Z in= Z11 Z d+ Zt/ 2 2Z d+ Zt

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