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短偶极​天线探究

发布日期:2019-12-14   作者:小天   来源:www.twl-link.cn   编辑:天科乐   访问量:2807

该短偶极子天线是最简单的天线。它只是一条开路电线,在其中心馈入,如图1所示。

1.长度为L的短偶极天线

天线工程中的“短”或“小”一词始终表示“相对于波长”。因此,上述偶极天线的绝对尺寸无关紧要,仅电线的尺寸相对于工作频率的波长而言。通常,如果偶极子的长度小于波长的十分之一,则它很短:


如果短偶极天线沿z轴定向,且偶极子的中心位于z = 0,则薄而短的偶极子上的电流分布由下式给出:


电流分布绘制在图2中。请注意,这是电流分布的幅度。它在频率f处正弦振荡。


2.沿短偶极天线的电流分布

短偶极天线在远场中的辐射场由下式给出:


上面的方程式可以被分解,并在一定程度上直观地理解。首先,请注意,在远字段中,只有字段为非零。此外,这些场是正交且同相的。此外,这些场垂直于传播方向,该传播方向总是在(远离天线的)方向上。同样,E场与H场之比由(自由空间的本征阻抗)给出。

这表明在远场区域中,场像平面波一样传播。

其次,场以1 / r消失,表示功率下降为


第三,磁场与L成正比,表明更长的偶极子将辐射更多的功率。只要增加长度不会导致短偶极子假设变为无效,这是正确的。同样,这些场与电流幅度成正比,这应该是有意义的(更大的电流,更大的功率)。

指数项:


描述了波相对于距离的相位变化。参数k被称为波数。还应注意,除了上述空间变化之外,这些场还以频率f在时间上振荡。

最后,场的空间变化随天线方向的变化由给出。对于沿z轴定向的垂直天线,辐射将在xy平面上最大。从理论上讲,z轴上没有辐射远离天线。

方向性的中心馈送短偶极子天线的只依赖于字段的部件。可以将其计算为1.51.76 dB),对于可实现(物理或非理论)天线而言,该值非常低。由于短偶极天线的场仅是极角的函数,因此它们没有方位角变化,因此该天线的特性是全向的。半功率波束宽度为90度。

该天线的极化是线性的。当在xy平面上评估时,该天线将被描述为垂直极化,因为电场将沿垂直方向(沿z轴)定向。

现在,我们转到短偶极子的输入阻抗,它取决于偶极子的半径a。回想一下,阻抗Z由三个分量组成,分别是辐射电阻,损耗电阻和电抗(虚部)分量,它们表示字段中存储的能量:


辐射电阻可以计算为:


表示由于天线的有限电导率引起的损耗的电阻为:


在上式中,表示偶极子的电导率(如果由金属制成,则通常很高)。由于趋肤深度或高频电流集中在导体周边的趋势,频率f进入上述方程式。电抗(X)或偶极子阻抗的虚部大约等于:


请注意,电抗为负,表示阻抗为电容性。

例如,假设半径为0.001,长度为0.05。进一步假设该天线工作在f= 3 MHz,金属是铜,因此电导率为59,600,000 S / m

辐射电阻经计算为0.49欧姆。发现抗损失性为4.83mOhms(毫欧-欧姆),当与抗辐射性相比时可忽略不计。但是,电抗为-1695欧姆,因此输入电阻为Z = 0.49-j1695。因此,阻抗匹配该天线将非常困难。即使用无损电感器抵消了电抗,从50欧姆电源到0.49欧姆负载的功率也很小。

对于波长分数较小的短偶极天线,辐射电阻变得小于损耗电阻,因此,该天线效率很低。

短偶极子的带宽很难定义。由于输入阻抗的电抗成分,输入阻抗随频率变化很大。因此,这些天线通常用于窄带应用中。


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