5.1 振子天线（上）在线视频

各位同学大家好

这节课我们开始进入振子天线专题的讲解

我是本节课的主讲 卢宏达

振子天线是一种古老的

而且一直具有广泛应用的天线

它是所有辐射结构中受到研究最多的

也是最基本的线天线

是最简单的线极化天线

主要包括

对称振子和单极子天线两种形式

那么振子天线都有哪些应用实例呢

图上为我们展示的是

两个比较简单的对称振子天线

从外观上可以看到一个馈电接口

和两个辐射振子

每个振子一般是1/4个波长

因此总长度接近1/2波长

所以呢

一般称它们为半波振子

现在看到的这张图中

左边是两个半波振子

通常

一个半波振子天线是全向辐射的

像我们图中展示的

添加了一个反射网之后会怎么样呢

这时它会变成一个定向辐射天线

右边展示的是四对双棒天线

它实际上就是

现在通信基站里普遍应用的天线形式

这张图给出了

铁塔上安装的半波振子天线阵

它可以实现360度的环向覆盖

这种天线的应用也是非常普遍的

城市中的基站天线

往往都是要求添加天线罩的

图中为我们展示的就是添加天线罩之后

把双棒天线隐埋在了里面

同样可以实现

环向360度覆盖的基站天线

那么振子天线

还能用其他形式实现吗

我们看这种形式

它是用微带工艺实现的

电路板上面是印刷的两个振子

以同轴微带转换作为馈电结构

使用的时候通过机械转动完成全向覆盖

接下来我们看一种单极子天线

家用WiFi采用的就是单极子天线

实现全向的辐射

右图里面展示的也是单极振子

同样是实现全向辐射

但它的优点是不用设计成很大的尺寸

节省空间并且具有超宽带特性

上面我们举出了一系列的振子天线实例

接下来我们具体分析一下

典型振子天线的工作原理

现在我们看到的是对称振子天线

也叫做偶极子天线

偶极子有几种变形

大家可以看到

(a)中 采用双线结构馈电

上部向两侧折叠

就构成了一个半波振子天线

它的长度通常是1/2波长

(b)中 是折合振子

它也是利用双线馈电

只是辐射部分变成了一个环状结构

他的辐射性能和偶极子是一样的

它的优点是结构相对更可靠

(c)中 是变形的偶极子天线

当横向空间不够时

可以对振子进行适当的折叠

保证工作频率的同时

实现全向辐射

在介绍振子天线辐射特性之前

首先我想先科普一下

微波频段的各种传输线

第一种是双并行线

我们简称为双线

双线结构其实看起来很简单

结构上包含两个棒状的内导体

一般是铜或铝材料

和一部分绝缘体

一般来说是塑料材料

两个导线固定一个间距为D

就可以在相应的频率上传输高频信号

第二种是同轴线

同轴线由内导体

介质层和外导体组成

第三种是很典型的微带线

下层是金属地

中间是介质基板

上面是微带的传输线结构

此外还有带状线

共面波导

倒置微带线

悬置微带线

矩形波导等等

下面我们重点关注双线结构

右上角展示的是一种典型的双线结构

双线可以传输正弦电磁波

我们可以把正弦波分为四等份

每1份对应π/2

也就是1/4个周期

像图中所演示的1和2是同一个半周期

瞬时电流向同一个方向

3 4部分是后一个半周期

电流是同向的

我们画出了双线对应的结构

A线和B线

1 2在同一个半周期

到第二个半周期3 4的时候

当到5的时候

相位再次反转

实际上每隔半周期相位就要翻转一次

A线上分布的电流

是像蓝色箭头这样分布的

那B线上跟A线相比

正好是相位相反的

相差180度

这里就需要大家思考一个问题了

双线结构为什么不能辐射电磁波呢

通过上面图中的演示可以看到

相位相反的双线

能够将电磁场能量限制在两线之间

成为很好的传输线

而在远场的时候却是相位对消的

没有能量

因此不能辐射电磁波

那么偶极子天线是如何实现辐射的呢

我们这里简单的分析一下

偶极子天线的电流情况

像图中展示的

假设上导线的1 2时刻同相

箭头向左

下一个半周期反相

相应的

基于双线传输线原理

下导线的1 2时刻反向

箭头向右

同理我们得到后续时刻的电流分布

可见

半波振子结构的电流分布

能够使得空间电磁场同相叠加

满足辐射要求

下面我们给出

典型对称振子天线辐射方向图的情况

可以看到

当天线具有不同长度的时候

它的辐射方向图是有差别的

当长度为半波长时

在非全向的一维

它的方向图是倒8字形

当长度为一个波长时

虽然也是倒8字形方向图

但变得更扁

水平方向增益也会相应的更大

当长度继续增加时

便会出现波束开裂的情况

这里我们也给出了

半波振子天线的一些经典计算

可根据给出的公式

来推算它的辐射场分布

介绍完最简单的半波振子天线后

我再介绍一下折合振子天线

折合振子天线在工程实践中

应用也非常广泛

先看左边的图

我们给出了一个折合振子天线的示意图

由双线馈电

每一个折合阵子边长是1/4波长

整个折合振子周长为一个波长

我们仍然采用

电流法进行了辐射原理的分析

可见在一个周期内的部分时刻

是没有辐射的

而在另一个时刻

则等同于两个半波振子辐射

因此从平均功率的角度看

它与普通的半波振子天线是相同的

增益也大约为2.15dBi

好的

关于振子天线的第一部分基本内容

就介绍到这里

下次课我们将进行

振子天线馈电方法等内容的讲解

同学们 再见