5.2 振子天线（下）在线视频

同学们好

本节课我们将介绍

振子天线

馈电方法等相关的内容

我是本节课的主讲 卢宏达

在介绍振子天线的馈电结构之前

首先介绍一个概念

我们称之为巴伦

也就是平衡不平衡转换器

巴伦有两个作用

第一

是馈电端口平衡到不平衡之间的转换

第二

是进行阻抗匹配

实际上

半波振子天线具有平衡的接口

双线

也是平衡的接口

如果用双线馈电

它们直接相连就可以了

但实际应用中

我们一般都是采取

适于工程化的同轴线

这种

不平衡的传输线

进行馈电

因此

它与半波振子天线

这种平衡结构的连接

就会出现

平衡结构

与不平衡结构之间的

匹配问题

另外

传输线的特性阻抗

跟天线的负载阻抗之间

阻抗匹配

也是通过巴伦

来实现的

半波振子天线

折合振子天线

都有两个馈电点

它他们两个馈电点的信号电压或电流

相位相反

而主馈电缆

通常是同轴线

正如刚才我们分析到的

即使天线的特性阻抗

与同轴线的阻抗相同

也不能直接连接

因为

会破坏天线的对称性

天线两臂上的电流大小不相等

这种不平衡

会改变天线的方向图

大家可以看到

图中是一个同轴线的实物

包括金属内芯 介质层和金属外壁

我们还是先给出几种巴伦的示例

第一种

是四分之一波长

平衡变换器

图中的

同轴线内芯

和外壁

分别

与半波振子天线两个壁

连接在一起

假设

没有巴伦的条件下直接相连

同轴线的阻抗是75欧

而这个半波振子天线的接触阻抗

也是75欧

这时

从阻抗上来说

连接端

好像是匹配的

但

平衡

被打破了

可以看这个电流分析

同轴线内导体

红1

和2之间

是同一个半周期

直接从同轴线内导体

连到一个半波振子天线壁上

而外导体内壁

是跟双线结构类似的

它上面

感应的电流

正好

和内芯是相反的

相差180度

内壁上蓝1向外传输

能量到短路点后

一部分要传到振子上

一部分会传到外壁上

传到振子上的是2

1和2在同一个半周期

相位相同

向下传到外壁上

2直接翻转下来

矢量正好相差180度

同理3和4反向

振子天线上

蓝2和红2产生矢量的叠加

满足半波振子天线的辐射条件

但需要注意的是

外壁上的电流没有能够抵消

这样就会产生额外的辐射

直接影响天线的方向图

这是不可以接受的

因此

必须添加一个巴伦

完成阻抗匹配和结构的平衡转换

右图中

就是最简单的1/4波长平衡变换器

我们首先介绍一下这种巴伦

先简单介绍一下这个巴伦的结构

同轴线内导体跟一臂相连

同轴线外导体跟另一臂相连

并添加了一个1/4波长的导线

然后跟外导体短接在一起

这时候我们分析一下

从阻抗的角度看

加了1/4波长的双线结构

这个双线结构相当于从A B点并联出来

一条1/4波长的短路支线

由短路点经过1/4波长就会变成开路点

开路点的阻抗是无穷大的

那如果在这个地方并联一条传输线

就相当于这个开路线对阻抗来说

没有起作用

所以说加入这个结构之后

对阻抗是没有影响的

而从A点到B点距离是1/2波长

所以B点的信号传送到A点恰好

是相位相反的

这样一来

就把同轴线的不平衡性变为平衡了

除了1/4波长的变换器以外

实际上还有很多种巴伦

比如U型环平衡变换器

二分之一波长平衡变换器

老式的八木天线上

很多都会用到这种形式的巴伦

这里我们再重点介绍一种

改进的1/4波长平衡变换器

上面是立体图

下面是我们给出的示意图

先看这个立体图

半波振子右侧这边有一个短路片

底下是同轴线传上来

内导体直接短接

一分为二

馈电同轴线外导体和右侧是短接的

外壁直接跟外壁短接

左侧的同轴线的外导体

和馈电线的外导体没有短接

保持开路

首先还是先分析内导体上面的能量

内导体上的红1

传上来之后

红2向右侧传输

红2 红3分属两个半周期

相位相反

红3和红4为同一个半周期

红4参与辐射

再看另外一部分能量

红1与红2为同一个半周期

这时候实际结构是开路

如果从电流的角度来说

开路没有电流流过

由于开路点和短路点

实际上是可以相互变换的

开路点相当于延长了

1/4波长后的短路点

我这里称为虚短点

这时电流可以认为

沿着这个虚短点可以继续往前传输

2 3分属两个不同的半周期

相位相反

然后通过短路点

3 4为同一个半周期

4 5分属不同的半周期

相位相反

5的部分从开路口由内壁传到外壁

因此6为同一个半周期

这时候我们简单验证一下

内导体叠加在振子天线上的这个两个矢量

是相同的

再看看外导体上面的能量形式

通过内壁和外壁的综合分析

它们都是矢量对消的

所以说同轴线上没有电流

满足我们的设计条件

这样

实际结构中

巴伦藏在了同轴线里面

与刚刚讲到的几个例子相比

它的视觉上更加美观

结构上更加可靠

这也是实际工程中

大量采用这种结构的原因

好的 同学们

关于振子天线的所有内容

就介绍到这里

再见