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文章分析了一種單極鞭狀天線的工作原理、設計方法,并給出了模型天線。針對實測結果對天線結構進行改進,結果顯示天線工作頻率在334~346MHz,中心頻率為340MHz,在整個頻帶內駐波系數小于2,增益較為穩定,均值達到2.2dBi。這種天線體積小,重量輕,方便攜帶,重復性和一致性較好。 【關鍵詞】單極鞭狀天線 電性能 駐波系數 方向圖 1 引言 鞭狀天線由于尺寸小、結構緊湊而在當今各類通信設備中被廣泛應用,其研究設計也因此受到廣泛關注。各種地面電臺及車載電臺配用了形式多樣的鞭狀天線,在艦船上也常看到林立的鞭狀天線。由于鞭狀天線在物理尺寸上仍是小天線,尤其是HF頻段低端,電阻小、電抗大,匹配困難,因此大多數鞭狀天線應用在窄帶工作狀態,帶寬大約在5%~10%左右[1]。單極鞭狀天線屬于鞭狀類里結構頗為簡單的一種,適合于車載等便攜工作方式,體積小,輻射效率高,架設方便。 2 理論分析 本文設計的鞭狀天線結構采用長度為1/2波長的單極子。單極天線是偶極子天線的一半,這種天線幾乎總是高于安裝地平面,其基本原理結構如圖1所示,由長為h的直立振子和無限大的地板組成。地面的影響可用天線的鏡像來代替,這樣單極子天線就可等效為自由空間內臂長為2h的對稱振子。當然,這樣的等效僅對地面上的半空間等效,原因是地板以下沒有輻射場[2]。 2.1 輻射場與方向圖 架設在無限大理想導電平面上的單極接地天線產生的輻射場,可直接應用自由空間對稱振子的計算公式進行計算[3]: · (1) 式中Im為波腹電流。將Im=I0/sinβl,θ=90°-Δ,l=h,(I0為輸入電流,Δ仰角,h為單極子天線的高度)。代入上式,得: · ?。?) 由F(Δ)可知,水平面的方向圖是一個圓,即在方位面內是全向性的。垂直平面的方向圖如圖2所示。當h逐漸增大時,波形變尖;當h>0.5λ時,出現副辨;在h=0.625λ時,副瓣最大值發生在Δ=60°方向上;繼續加大h,由于天線上反相電流的作用,沿Δ=0°方向上的輻射減弱。為此,h應限制在0.625λ之內。在中波波段,為了抗衰落,要求盡可能降低超過55°的高仰角方向上的輻射,為此,h應盡可能大一些。一般情況下,h=0.53λ左右較為適宜。
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