天線(xiàn)名詞解釋
天線(xiàn)的方向性:是指天線(xiàn)向一定方向輻射電磁波的能力。它的這種能力可采用方向圖,方向圖主瓣的寬度,方向性系數等參數進(jìn)行描述。所以方向性是衡量天線(xiàn)優(yōu)劣的重要因素之一。天線(xiàn)有了方向性,就能在某種程度上相當于提高發(fā)射機或接收機的效率,并使之具有一定的保密性和抗干擾性。
方向性圖:方向性圖是表示天線(xiàn)方向性的特性曲線(xiàn),即天線(xiàn)在各個(gè)方向上所具有的發(fā)射或接收電磁波能力的圖形。
散射波:在無(wú)法建立微波接力的地區,如沙漠、海疆、島嶼之間的通信,可以利用散射波傳遞信息。電離層和比電離層低的對流層等,都能散射微波和超短波無(wú)線(xiàn)電波,并且可以把它們散射到很遠的地方去,從而實(shí)現超視距通信。散射信號一般很弱,進(jìn)行散射通信要求使用大功率發(fā)射機,高靈敏度接收機和方向性很強的天線(xiàn)。
天線(xiàn)及天線(xiàn)程式:天線(xiàn)是在無(wú)線(xiàn)電收發(fā)系統中,向空間輻射或從空間接收電磁波的裝置。是無(wú)線(xiàn)電通信系統中必不可少的部分。由于各種設備要求采用的波段不同,天線(xiàn)的設計也就不同,不同用途的天線(xiàn)需要設計成各種樣式,就是我們通常稱(chēng)的天線(xiàn)程式。如在長(cháng)、中、短波段,一般用導線(xiàn)構成天線(xiàn),有T形、倒L形、環(huán)形、菱形、魚(yú)骨形、籠形天線(xiàn)等。在微波波段,用金屬板或網(wǎng)制成喇叭天線(xiàn),拋物面天線(xiàn),金屬面上開(kāi)槽的裂縫天線(xiàn),金屬或介質(zhì)條排成的透鏡天線(xiàn)等。天線(xiàn)有五個(gè)基本參數:方向性系數、天線(xiàn)效率、增益系數、輻射電阻和天線(xiàn)有效高度。這些參數是衡量天線(xiàn)質(zhì)量好壞的重要指標。
實(shí)用天線(xiàn)處在三度幾何空間中,所以,它的方向性圖應該是個(gè)立體圖。在這個(gè)立體圖中,由于所取的截面不同而有不同的方向性圖。最常用的是水平面內的方向性圖(即和大地平行的平面內的方向性圖)和垂直面內的方向性圖(即垂直于大地的平面內的方向性圖)。有的專(zhuān)業(yè)書(shū)籍上也稱(chēng)赤道面方向性圖或子午面方向性圖。
波瓣寬度:有時(shí)也稱(chēng)波束寬度。系指方向性圖的主瓣寬度。一般是指半功率波瓣寬度。由圖(18)可以看出A、Aˊ點(diǎn)至O點(diǎn)間的夾角,稱(chēng)主瓣角寬度。當 L/λ數值不同時(shí),其波瓣寬度也不同。L/λ比值增加時(shí),方向圖越尖銳,但當(L/λ)>0.5時(shí),除了與振子軸垂直的方向有最大的主瓣外,還可能出現付瓣。因此,波瓣寬度越小,其方向性越強,保密性也強,干擾鄰臺的可能性小。所以,對于超短波,微波等所用的天線(xiàn),登記主瓣寬度這一指標,是十分重要的。
方向性系數:方向性系數是用來(lái)表示天線(xiàn)向某一個(gè)方向集中輻射電磁波程度(即方向性圖的尖銳程度)的一個(gè)參數。 為了確定定向天線(xiàn)的方向性系數,通常以理想的非定向天線(xiàn)作為比較的標準。
任一定向天線(xiàn)的方向性系數是指在接收點(diǎn)產(chǎn)生相等電場(chǎng)強度的條件下,非定向天線(xiàn)的總輻射功率對該定向天線(xiàn)的總輻射功率之比。
按照上面的定義,由于定向天線(xiàn)在各個(gè)方向上的輻射強度不等,故天線(xiàn)的方向性系數也隨著(zhù)觀(guān)察點(diǎn)的位置而不同,在輻射電場(chǎng)最大的方向,方向性系數也最大。通常如果不特別指出,就以最大輻射方向的方向性系數作為定向天線(xiàn)的方向性系數。
在中波和短波波段,方向性系數約為幾到幾十;在米波范圍內,約為幾十到幾百;而在厘米波波段,則可高達幾千,甚至幾萬(wàn)。
輻射電阻:發(fā)射天線(xiàn)的輻射功率與饋電點(diǎn)的有效電流平方之比,稱(chēng)為天線(xiàn)的輻射電阻。
輻射電阻是一個(gè)等效電阻,如果用它來(lái)代替天線(xiàn),就能消耗天線(xiàn)實(shí)際輻射的功率。因此,采用輻射電阻這個(gè)概念,可以簡(jiǎn)化天線(xiàn)的有關(guān)計算。
輻射電阻的大小取決于天線(xiàn)的尺寸、形狀以及饋電電流的波長(cháng)。因為發(fā)射天線(xiàn)的任務(wù)是輻射電磁波,所以在裝置天線(xiàn)時(shí)總是適當地選擇其尺寸和形狀,使輻射電阻盡可能大一些。
天線(xiàn)有效高度:小于四分之一波長(cháng)的垂直天線(xiàn):假定在一根垂直的天線(xiàn)上有均勻分布的電流。此均勻電流等于實(shí)際天線(xiàn)上的最大電流,且所產(chǎn)生的輻射場(chǎng)強與實(shí)際天線(xiàn)的輻射場(chǎng)強相同,該假設的垂直天線(xiàn)的長(cháng)度即為實(shí)際天線(xiàn)有效高度。
天線(xiàn)最大增益系數:平時(shí)也簡(jiǎn)稱(chēng)天線(xiàn)最大增益或天線(xiàn)增益。指在最大場(chǎng)強方向上某點(diǎn)產(chǎn)生相等電場(chǎng)強度的條件下,標準天線(xiàn)(無(wú)方向)的總輸入功率對定向天線(xiàn)總輸入功率的比值,稱(chēng)該天線(xiàn)的最大增益系數。它是比天線(xiàn)方向性系數更全面的反映天線(xiàn)對總的射頻功率的有效利用程度。并用分貝數表示??梢杂脭祵W(xué)推證,天線(xiàn)最大增益系數等于天線(xiàn)方向性系數和天線(xiàn)效率的乘積。
天線(xiàn)效率:它是指天線(xiàn)輻射出去的功率(即有效地轉換電磁波部分的功率)和輸入到天線(xiàn)的有功功率之比。是恒小于1的數值。
天線(xiàn)極化波:電磁波在空間傳播時(shí),若電場(chǎng)矢量的方向保持固定或按一定規律旋轉,這種電磁波便叫極化波,又稱(chēng)天線(xiàn)極化波,或偏振波。通??煞譃槠矫鏄O化(包括水平極化和垂直極化)、圓極化和橢圓極化。
極化方向:極化電磁波的電場(chǎng)方向稱(chēng)為極化方向。
極化面:極化電磁波的極化方向與傳播方向所構成的平面稱(chēng)為極化面。
垂直極化:無(wú)線(xiàn)電波的極化,常以大地作為標準面。凡是極化面與大地法線(xiàn)面(垂直面)平行的極化波稱(chēng)為垂直極化波。其電場(chǎng)方向與大地垂直。
水平極化:凡是極化面與大地法線(xiàn)面垂直的極化波稱(chēng)為水平極化波。其電場(chǎng)方向與大地相平行。
平面極化:如果電磁波的極化方向保持在固定的方向上,稱(chēng)為平面極化,也稱(chēng)線(xiàn)極化。在電場(chǎng)平行于大地的分量(水平分量)和垂直于大地表面的分量,其空間振幅具有任意的相對大小,可以得到平面極化。垂直極化和水平極化都是平面極化的特例。
圓極化:當無(wú)線(xiàn)電波的極化面與大地法線(xiàn)面之間的夾角從0~360°周期的變化,即電場(chǎng)大小不變,方向隨時(shí)間變化,電場(chǎng)矢量末端的軌跡在垂直于傳播方向的平面上投影是一個(gè)圓時(shí),稱(chēng)為圓極化。在電場(chǎng)的水平分量和垂直分量振幅相等,相位相差90°或270°時(shí),可以得到圓極化。圓極化,若極化面隨時(shí)間旋轉并與電磁波傳播方向成右螺旋關(guān)系,稱(chēng)右圓極化;反之,若成左螺旋關(guān)系,稱(chēng)左圓極化。
橢圓極化:若無(wú)線(xiàn)電波極化面與大地法線(xiàn)面之間的夾角從0~2π周期地改變,且電場(chǎng)矢量末端的軌跡在垂直于傳播方向的平面上投影是一個(gè)橢圓時(shí),稱(chēng)為橢圓極化。當電場(chǎng)垂直分量和水平分量的振幅和相位具有任意值時(shí)(兩分量相等時(shí)例外),均可得到橢圓極化。
長(cháng)波天線(xiàn)、中波天線(xiàn):是工作于長(cháng)波及中波波段的發(fā)射天線(xiàn)或接收天線(xiàn)的統稱(chēng)。長(cháng)、中波是以地波和天波傳播的,而天波則連續反射于電離層和大地之間。根據此傳播特性,長(cháng)、中波天線(xiàn)應能產(chǎn)生垂直極化的電波。在長(cháng)、中波天線(xiàn)中,應用較廣的的有垂直型、倒L型、T型、傘型垂直接地天線(xiàn)。長(cháng)、中波天線(xiàn)應有良好的地網(wǎng)。長(cháng)、中波天線(xiàn)存在著(zhù)許多技術(shù)上的問(wèn)題,如有效高度小、輻射電阻小、效率低、通頻帶窄、方向性系數小等。為了解決這些問(wèn)題,天線(xiàn)結構往往非常復雜,非常龐大。
短波天線(xiàn):工作于短波波段的發(fā)射或接收天線(xiàn),統稱(chēng)為短波天線(xiàn)。短波主要是借助于電離層反射的天波傳播的,是現代遠距離無(wú)線(xiàn)電通信的重要手段之一。
短波天線(xiàn)形式很多,其中應用最多的有對稱(chēng)天線(xiàn)、同相水平天線(xiàn)、倍波天線(xiàn)、角型天線(xiàn)、V型天線(xiàn)、菱形天線(xiàn)、魚(yú)骨形天線(xiàn)等。
和長(cháng)波天線(xiàn)比較,短波天線(xiàn)的有效高度大,輻射電阻大,效率高,方向性良好,增益高,通頻帶寬。超短波天線(xiàn):工作于超短波波段的發(fā)射和接收天線(xiàn)稱(chēng)為超短波天線(xiàn)。超短波主要靠空間波傳播。這種天線(xiàn)的形式很多,其中應用最多的有八木天線(xiàn)、盤(pán)錐形天線(xiàn)、雙錐形天線(xiàn)、“蝙蝠翼”電視發(fā)射天線(xiàn)等 。
微波天線(xiàn):工作于米波、分米波、厘米波、毫米波等波段的發(fā)射或接收天線(xiàn),統稱(chēng)為微波天線(xiàn)。微波主要靠空間波傳播,為增大通信距離,天線(xiàn)架設較高。在微波天線(xiàn)中,應用較廣的有拋物面天線(xiàn)、喇叭拋物面天線(xiàn)、喇叭天線(xiàn)、透鏡天線(xiàn)、開(kāi)槽天線(xiàn)、介質(zhì)天線(xiàn)、潛望鏡天線(xiàn)等。
定向天線(xiàn):定向天線(xiàn)是指在某一個(gè)或某幾個(gè)特定方向上發(fā)射及接收電磁波特別強,而在其它的方向上發(fā)射及接收電磁波則為零或極小的一種天線(xiàn)。
采用定向發(fā)射天線(xiàn)的目的是增加輻射功率的有效利用率,增加保密性;采用定向接收天線(xiàn)的主要目的是增加抗干擾能力。
不定向天線(xiàn):在各個(gè)方向上均勻輻射或接收電磁波的天線(xiàn),稱(chēng)為不定向天線(xiàn),如小型通信機用的鞭狀天線(xiàn)等。
寬頻帶天線(xiàn):方向性、阻抗和極化特性在一個(gè)很寬的波段內幾乎保持不變的天線(xiàn),稱(chēng)為寬頻帶天線(xiàn)。早期的寬頻帶天線(xiàn)有菱形天線(xiàn)、V形天線(xiàn)、倍波天線(xiàn)、盤(pán)錐形天線(xiàn)等,新的寬頻帶天線(xiàn)有對數周期天線(xiàn)等。
調諧天線(xiàn):僅在一個(gè)很窄的頻帶內才具有預定方向性的天線(xiàn),稱(chēng)為調諧天線(xiàn)或稱(chēng)調諧的定向天線(xiàn)。通常,調諧天線(xiàn)僅在它的調諧頻率附近5%的波段內,其方向性才保持不變,而在其它頻率上,方向性變化非常厲害,以致使通信遭到破壞。調諧天線(xiàn)不適于頻率多變的短波通信。同相水平天線(xiàn)、折合天線(xiàn)、曲折天線(xiàn)等均屬于調諧天線(xiàn)。
垂直天線(xiàn):垂直天線(xiàn)是指與地面垂直放置的天線(xiàn)。其結構如圖1所示,它有對稱(chēng)與不對稱(chēng)兩種形式,而后者應用較廣。對稱(chēng)垂直天線(xiàn)常常是中心饋電的。不對稱(chēng)垂直天線(xiàn)則在天線(xiàn)底端與地面之間饋電,其最大輻射方向在高度小于1/2波長(cháng)的情況下,集中在地面方向,故適應于廣播。不對稱(chēng)垂直天線(xiàn)又稱(chēng)垂直接地天線(xiàn)。
倒L天線(xiàn):在單根水平導線(xiàn)的一端連接一根垂直引下線(xiàn)而構成的天線(xiàn)。因其形狀象英文字母L倒過(guò)來(lái),故稱(chēng)倒L形天線(xiàn)。俄文字母的Γ字正好是英文字母L的倒寫(xiě)。故稱(chēng)Γ型天線(xiàn)更方便。它是垂直接地天線(xiàn)的一種形式。為了提高天線(xiàn)的效率,它的水平部分可用幾根導線(xiàn)排在同一水平面上組成,這部分產(chǎn)生的輻射可忽略,產(chǎn)生輻射的是垂直部分。
倒L天線(xiàn)一般用于長(cháng)波通信。它的優(yōu)點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單、架設方便;缺點(diǎn)是占地面積大、耐久性差。
T形天線(xiàn):在水平導線(xiàn)的中央,接上一根垂直引下線(xiàn),形狀象英文字母T,故稱(chēng)T形天線(xiàn)。它是最常見(jiàn)的一種垂直接地的天線(xiàn)。它的水平部分輻射可忽略,產(chǎn)生輻射的是垂直部分。為了提高效率,水平部分也可用多根導線(xiàn)組成。
T形天線(xiàn)的特點(diǎn)與倒L形天線(xiàn)相同。它一般用于長(cháng)波和中波通信。
傘形天線(xiàn):在單根垂直導線(xiàn)的頂部,向各個(gè)方向引下幾根傾斜的導體,這樣構成的天線(xiàn)形狀象張開(kāi)的雨傘,故稱(chēng)傘形天線(xiàn)。它也是垂直接地天線(xiàn)的一種形式。其特點(diǎn)和用途與倒L形、T形天線(xiàn)相同。
鞭狀天線(xiàn):鞭狀天線(xiàn)是一種可彎曲的垂直桿狀天線(xiàn),其長(cháng)度一般為1/4或1/2波長(cháng)。大多數鞭狀天線(xiàn)都不用地線(xiàn)而用地網(wǎng)。小型鞭狀天線(xiàn)常利用小型電臺的金屬外殼作地網(wǎng)。有時(shí)為了增大鞭狀天線(xiàn)的有效高度,可在鞭狀天線(xiàn)的頂端加一些不大的輻狀葉片或在鞭狀天線(xiàn)的中端加電感等。
鞭狀天線(xiàn)可用于小型通信機、步談機、汽車(chē)收音機等。
對稱(chēng)天線(xiàn):兩部分長(cháng)度相等而中心斷開(kāi)并接以饋電的導線(xiàn),可用作發(fā)射和接收天線(xiàn),這樣構成的天線(xiàn)叫做對稱(chēng)天線(xiàn)。因為天線(xiàn)有時(shí)也稱(chēng)為振子,所以對稱(chēng)天線(xiàn)又叫對稱(chēng)振子,或偶極天線(xiàn)。
總長(cháng)度為半個(gè)波長(cháng)的對稱(chēng)振子,叫做半波振子,也叫做半波偶極天線(xiàn)。它是最基本的單元天線(xiàn),用得也最廣泛,很多復雜天線(xiàn)是由它組成的。半波振子結構簡(jiǎn)單,饋電方便,在近距離通信中應用較多?;\形天線(xiàn):是一種寬波段弱定向天線(xiàn)。其結構如圖2所示,它是把幾根導線(xiàn)圍成的空心圓柱體代替對稱(chēng)天線(xiàn)中的單導線(xiàn)輻射體而成的,因其輻射體呈籠形,故稱(chēng)籠形天線(xiàn)?;\形天線(xiàn)的工作波段寬,易于調諧。它適應于近距離的干線(xiàn)通信。
角形天線(xiàn):屬于對稱(chēng)天線(xiàn)的一類(lèi),但它的兩臂不排列在一條直線(xiàn)上,而成90°或120°角,故稱(chēng)角形天線(xiàn)。這種天線(xiàn)一般是水平裝置的,它的方向性是不顯著(zhù)的。為了得到寬波段特性,角形天線(xiàn)的雙臂也可采用籠形結構,稱(chēng)角籠形天線(xiàn)。
折合天線(xiàn):將振子彎折成相互平行的對稱(chēng)天線(xiàn)稱(chēng)為折合天線(xiàn)。有雙線(xiàn)折合天線(xiàn)、三線(xiàn)折合天線(xiàn)及多線(xiàn)折合天線(xiàn)幾種形式,圖3中所示的是雙線(xiàn)和三線(xiàn)折合天線(xiàn)。彎折時(shí),應使各線(xiàn)上各對應點(diǎn)的電流同相,從遠處看,整個(gè)天線(xiàn)如同一對稱(chēng)天線(xiàn)。但折合天線(xiàn)與對稱(chēng)天線(xiàn)比較,輻射增強。輸入阻抗增大,便于與饋線(xiàn)耦合。
折合天線(xiàn)是一種調諧天線(xiàn),工作頻率較窄。它在短波和超短波波段獲得廣泛應用。
V形天線(xiàn):是由彼此成一角度的兩條導線(xiàn)組成,形狀象英文字母V的一種天線(xiàn)。其結構如圖4所示,它的終端可以開(kāi)路,也可以接有電阻,其電阻的大小等于天線(xiàn)的特性阻抗。V形天線(xiàn)具有單向性,最大發(fā)射方向在分角線(xiàn)方向的垂直平面內。它的缺點(diǎn)是效率低、占地面積大。
菱形天線(xiàn):是一種寬頻帶天線(xiàn)。其結構如圖5所示,它由一個(gè)水平的菱形懸掛在四根支柱上構成,菱形的一只銳角接在饋線(xiàn)上,另一只銳角接一與菱形天線(xiàn)特性阻抗相等的終端電阻。其最大發(fā)射方向如圖中箭頭所示,在指向終端電阻方向的垂直平面內,具有單向性。
菱形天線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是增益高、方向性強、使用波段寬、易于架設和維護;缺點(diǎn)是占地面積大。
菱形天線(xiàn)經(jīng)過(guò)變形之后,又有雙菱形天線(xiàn)、回授式菱形天線(xiàn)及折式菱形天線(xiàn)三種形式。
菱形天線(xiàn)一般用于大中型短波收信電臺。
盤(pán)錐形天線(xiàn):是一種超短波天線(xiàn)。其結構如圖6所示,頂部為一圓盤(pán)(即輻射體),由同軸線(xiàn)的心線(xiàn)饋電,下面為一圓錐,接同軸線(xiàn)的外導體。圓錐的作用與無(wú)限大的地面相似,改變圓錐的傾斜角度,就能改變天線(xiàn)的最大輻射方向。它有極寬的頻帶。
魚(yú)骨形天線(xiàn):魚(yú)骨形天線(xiàn)又叫邊射天線(xiàn),是一種專(zhuān)用短波接收天線(xiàn)。其結構如圖7所示,由在兩根集合線(xiàn)上每隔一定距離連接一個(gè)對稱(chēng)振子組成,這些對稱(chēng)振子都是經(jīng)過(guò)一很小的電容器接到集合線(xiàn)上的。在集合線(xiàn)的末端,即對著(zhù)通信方向的一端,接上一個(gè)與集合線(xiàn)特性阻抗相等的電阻,另一端則通過(guò)饋線(xiàn)接到接收機上。
與菱形天線(xiàn)相比較,魚(yú)骨形天線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是副瓣?。ㄒ簿褪侵靼攴较蚪邮漳芰?,在其它方向接收較弱),各天線(xiàn)之間相互影響小,占地較??;缺點(diǎn)是效率低,安裝和使用均較復雜。
八木天線(xiàn):又叫引向天線(xiàn)。它有幾根金屬棒組成,結構如圖8所示,其中一根是輻射器,輻射器后面一根較長(cháng)的為反射器,前面數根較短的是引向器。輻射器通常用折迭式半波振子。天線(xiàn)最大輻射方向與引向器的指向相同。八木天線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單、輕便堅固、饋電方便;缺點(diǎn)頻帶窄、抗干擾性差。在超短波通信和雷達中應用。
扇形天線(xiàn):它有金屬板式和金屬導線(xiàn)式兩種形式。結構如圖9所示,其中,圖(a)是扇形金屬板式,圖(b)是扇形金屬導線(xiàn)式。這種天線(xiàn)由于加大了天線(xiàn)斷面積,所以加寬了天線(xiàn)頻帶。線(xiàn)式扇形天線(xiàn)可以用三根、四根或五根金屬導線(xiàn)。扇形天線(xiàn)用于超短波接收。
雙錐形天線(xiàn):雙錐形天線(xiàn)由兩個(gè)錐頂相對的圓錐體組成,在錐頂饋電。其結構如圖10所示,圓錐可以用金屬面、金屬線(xiàn)或金屬網(wǎng)構成。正象籠形天線(xiàn)一樣,由于天線(xiàn)的斷面積增大,天線(xiàn)頻帶也隨之加寬。雙錐形天線(xiàn)主要用于超短波接收。
拋物面天線(xiàn):拋物面天線(xiàn)是一種定向微波天線(xiàn),由拋物面反射器和輻射器組成,輻射器裝在拋物面反射器的焦點(diǎn)或焦軸上。其結構如圖11所示,輻射器發(fā)出的電磁波經(jīng)過(guò)拋物面的反射,形成方向性很強的波束。拋物面反射器由導電性很好的金屬做成,主要有以下四種方式:旋轉拋物面、柱形拋物面、割截旋轉拋物面及橢圓形邊緣拋物面,最常用的是旋轉拋物面和柱形拋物面。輻射器一般采用半波振子、開(kāi)口波導、開(kāi)槽波導等。
拋物面天線(xiàn)具有結構簡(jiǎn)單、方向性強、工作頻帶較寬等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是:由于輻射器位于拋物面反射器的電場(chǎng)中,因而反射器對輻射器的反作用大,天線(xiàn)與饋線(xiàn)很難得到良好匹配;背面輻射較大;防護度較差;制作精度高。在微波中繼通信、對流層散射通信、雷達及電視中廣泛應用這種天線(xiàn)。
喇叭拋物面天線(xiàn):喇叭拋物面天線(xiàn)由喇叭和拋物面兩部分組成。其結構如圖12所示,拋物面蓋在喇叭上,而喇叭的頂點(diǎn)位于拋物面的焦點(diǎn)上。喇叭是輻射器,它向拋物面輻射電磁波,電磁波經(jīng)過(guò)拋物面反射,聚焦成窄波束發(fā)射出去。
喇叭拋物面天線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是:反射器對輻射器沒(méi)有反作用,輻射器對反射電波沒(méi)有遮擋作用,天線(xiàn)與饋電裝置匹配較好;背面輻射??;防護度較高;工作頻帶非常寬;結構簡(jiǎn)單。喇叭拋物面天線(xiàn)在干線(xiàn)中繼通信中用的很廣泛。
喇叭天線(xiàn):又稱(chēng)號角天線(xiàn)。其結構如圖13所示,它是由一段均勻波導和一段截面慢慢增大的喇叭狀波導組成。喇叭天線(xiàn)有三種形式:扇形喇叭天線(xiàn)、角錐形喇叭天線(xiàn)及圓錐形喇叭天線(xiàn)。
喇叭天線(xiàn)是最常用的微波天線(xiàn)之一,一般用作輻射器。其優(yōu)點(diǎn)是工作頻帶寬;缺點(diǎn)是體積較大,而且就同一口徑來(lái)說(shuō),它的方向性不及拋物面天線(xiàn)尖銳。
喇叭透鏡天線(xiàn):由喇叭及裝在喇叭口徑上的透鏡組成,故稱(chēng)為喇叭透鏡天線(xiàn)。透鏡的原理參見(jiàn)透鏡天線(xiàn),這種天線(xiàn)具有相當寬的工作頻帶,而且比拋物面天線(xiàn)具有更高的防護度,它在波道數較多的微波干線(xiàn)通信中用得很廣泛。
透鏡天線(xiàn):在厘米波段,許多光學(xué)原理可以用于天線(xiàn)方面。在光學(xué)中,利用透鏡能使放在透鏡焦點(diǎn)上的點(diǎn)光源輻射出的球面波,經(jīng)過(guò)透鏡折射后變?yōu)槠矫娌?。透鏡天線(xiàn)就是利用這一原理制作而成的。它由透鏡和放在透鏡焦點(diǎn)上的輻射器組成。
透鏡天線(xiàn)有介質(zhì)減速透鏡天線(xiàn)和金屬加速透鏡天線(xiàn)兩種。
透鏡是用低損耗高頻介質(zhì)制成,中間厚,四周薄。從輻射源發(fā)出的球面波經(jīng)過(guò)介質(zhì)透鏡時(shí)受到減速。所以球面波在透鏡中間部分受到減速的路徑長(cháng),在四周部分受到減速的路徑短。因此,球面波經(jīng)過(guò)透鏡后就變成平面波,也就是說(shuō),輻射變成定向的。
透鏡由許多塊長(cháng)度不同的金屬板平行放置而成。金屬板垂直于地面,愈靠近中間的金屬板愈短。電波在平行金屬板中傳播時(shí)受到加速。從輻射源發(fā)出的球面波經(jīng)過(guò)金屬透鏡時(shí),愈靠近透鏡邊緣,受到加速的路徑愈長(cháng),而在中間則受到加速的路徑就短。因此,經(jīng)過(guò)金屬透鏡后的球面波就變成平面波。
透鏡天線(xiàn)具有下列優(yōu)點(diǎn):1、旁瓣和后瓣小,因而方向圖較好;2、制造透鏡的精度不高,因而制造比較方便。其缺點(diǎn)是效率低,結構復雜,價(jià)格昂貴。
透鏡天線(xiàn)用于微波中繼通信中。
開(kāi)槽天線(xiàn):在一塊大的金屬板上開(kāi)一個(gè)或幾個(gè)狹窄的槽,用同軸線(xiàn)或波導饋電,這樣構成的天線(xiàn)叫做開(kāi)槽天線(xiàn),也稱(chēng)裂縫天線(xiàn)。為了得到單向輻射,金屬板的后面制成空腔,開(kāi)槽直接由波導饋電。開(kāi)槽天線(xiàn)結構簡(jiǎn)單,沒(méi)有凸出部分,因此特別適合在高速飛機上使用。它的缺點(diǎn)是調諧困難。
介質(zhì)天線(xiàn):介質(zhì)天線(xiàn)是一根用低損耗高頻介質(zhì)材料(一般用聚苯乙烯)作成的圓棒,它的一端用同軸線(xiàn)或波導饋電。圖15所示的天線(xiàn)是用同軸線(xiàn)饋電的棒狀介質(zhì)天線(xiàn)。圖中1是介質(zhì)棒;2是同軸線(xiàn)的內導體的延伸部分,形成一個(gè)振子,用以激發(fā)電磁波;3是同軸線(xiàn);4是金屬套筒。套筒的作用除夾住介質(zhì)棒外,更主要的是反射電磁波,從而保證由同軸線(xiàn)的內導體激勵電磁波,并向介質(zhì)棒的自由端傳播。
介質(zhì)天線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是體積小,方向性尖銳;缺點(diǎn)是介質(zhì)有損耗,因而效率不高。
潛望鏡天線(xiàn):在微波中繼通信中,天線(xiàn)往往安置在很高的支架上,因此,給天線(xiàn)饋電就得用很長(cháng)的饋線(xiàn)。饋線(xiàn)過(guò)長(cháng)會(huì )產(chǎn)生許多困難,如結構復雜,能量損耗大,由于在饋線(xiàn)接頭處的能量反射而引起失真等。為了克服這些困難,可采用一種潛望鏡天線(xiàn),結構如圖16所示,潛望鏡天線(xiàn)由安置在地面上的下鏡輻射器和安裝在支架上的上鏡反射器組成。下鏡輻射器一般是拋物面天線(xiàn),上鏡反射器為金屬平板。下鏡輻射器向上發(fā)射電磁波,經(jīng)過(guò)金屬平板反射出去。
潛望鏡天線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是能量損耗小、失真小、效率高。主要用于容量不大的微波中繼通信中。
螺旋天線(xiàn):是一種具有螺旋形狀的天線(xiàn)。它由導電性能良好的金屬螺旋線(xiàn)組成,通常用同軸線(xiàn)饋電,同軸線(xiàn)的心線(xiàn)和螺旋線(xiàn)的一端相連接,同軸線(xiàn)的外導體則和接地的金屬網(wǎng)(或板)相連接。螺旋天線(xiàn)的輻射方向與螺旋線(xiàn)圓周長(cháng)有關(guān)。當螺旋線(xiàn)的圓周長(cháng)比一個(gè)波長(cháng)小很多時(shí),輻射最強的方向垂直于螺旋軸;當螺旋線(xiàn)圓周長(cháng)為一個(gè)波長(cháng)的數量級時(shí),最強輻射出現在螺旋旋軸方向上。
天線(xiàn)調諧器:連接發(fā)射機與天線(xiàn)的一種阻抗匹配網(wǎng)絡(luò ),叫做天線(xiàn)調諧器。天線(xiàn)輸入阻抗隨頻率而發(fā)生很大的變化,而發(fā)射機輸出阻抗是一定的,若發(fā)射機與天線(xiàn)直接連接,當發(fā)射機頻率改變時(shí),發(fā)射機與天線(xiàn)之間阻抗不匹配,就會(huì )降低輻射功率。使用天線(xiàn)調諧器,就能使發(fā)射機與天線(xiàn)之間阻抗匹配,從而使天線(xiàn)在任何頻率上有最大的輻射功率。天線(xiàn)調諧器廣泛用于地面、車(chē)載、艦載及航空短波電臺中。
對數周期天線(xiàn):是一種寬頻帶天線(xiàn),或者說(shuō)是一種與頻率無(wú)關(guān)的天線(xiàn)。結構如圖17所示,其中,圖1是一種簡(jiǎn)單的對數周期天線(xiàn),它的偶極子長(cháng)度和間隔符合下列關(guān)系:
偶極子由一均勻雙線(xiàn)傳輸線(xiàn)來(lái)饋電,如圖2所示,傳輸線(xiàn)在相鄰偶極子之間要調換位置。這種天線(xiàn)有一個(gè)特點(diǎn):凡在f頻率上具有的特性,在由τ?f給出的一切頻率上將重復出現,其中n為整數。這些頻率畫(huà)在對數尺上都是等間隔的,而周期等于τ的對數。對數周期天線(xiàn)之稱(chēng)即由此而來(lái)。對數周期天線(xiàn)只是周期地重復輻射圖和阻抗特性。但是這樣結構的天線(xiàn),若τ不是遠小于1,則它的特性在一個(gè)周期內的變化是十分小的,因而基本上是與頻率無(wú)關(guān)的。
對數周期天線(xiàn)種類(lèi)很多,有對數周期偶極天線(xiàn)和單極天線(xiàn)、對數周期諧振V形天線(xiàn)、對數周期螺旋天線(xiàn)等形式,其中最普遍的是對數周期偶極天線(xiàn)。這些天線(xiàn)廣泛地用于短波及短波以上的波段。
地波:沿地面傳播的無(wú)線(xiàn)電波叫地波,又叫表面波。電波的波長(cháng)越短,越容易被地面吸收,因此只有長(cháng)波和中波能在地面傳播。地波不受氣候影響,傳播比較穩定可靠。但在傳播過(guò)程中,能量被大地不斷吸收,因而傳播距離不遠。所以地波適宜在較小范圍里的通信和廣播業(yè)務(wù)使用。
天波:經(jīng)過(guò)空中電離層的反射或折射后返回地面的無(wú)線(xiàn)電波叫天波。所謂電離層,是地面上空40~800公里高度電離了的氣體層,包含有大量的自由電子和離子。這主要是由于大氣中的中性氣體分子和原子,受到太陽(yáng)輻射出的紫外線(xiàn)和帶電微粒的作用所形成的。電離層能反射電波,也能吸收電波。對頻率很高的電波吸收的很少。短波(即高頻)是利用電離層反射傳播的最佳波段,它可以借助電離層這面“鏡子”反射傳播;被電離層反射到地面后,地面又把它反射到電離層,然后再被電離層反射到地面,經(jīng)過(guò)幾次反射,可以傳播很遠。
一年四季和晝夜的不同時(shí)間,電離層都有變化,影響電波的反射,因此天波傳播具有不穩定的特點(diǎn)。白天電離作用強,中波無(wú)線(xiàn)電波幾乎全部被吸收掉,在收音機里難以收到遠地中波電臺播音;夜晚電離層對短波吸收的比較少,收聽(tīng)到的廣播就比較多,聲音也比較清晰。由于電離層總處在變化之中,反射到地面的電波有強有弱,所以用短波收音時(shí)會(huì )出現忽大忽小的衰落現象。太陽(yáng)黑子爆發(fā)會(huì )引起電離層的騷動(dòng),增加對電波的吸收,甚至會(huì )造成短波通信的暫時(shí)中斷。
由于大地對短波吸收嚴重,所以短波沿地面只能傳播幾十公里。
空間波:從發(fā)射點(diǎn)經(jīng)空間直線(xiàn)傳播到接收點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)電波叫空間波,又叫直射波??臻g波傳播距離一般限于視距范圍,因此又叫視距傳播。超短波和微波不能被電離層反射,主要是在空間直接傳播。其傳播距離很近,易受高山和高大建筑物阻擋,為了加大傳輸距離,必須架高天線(xiàn),盡管這樣,一般的傳輸距離也不過(guò)50公里左右。
微波接力通信是利用空間波傳輸的一種通信。由于微波的頻率極高,頻帶很寬,能夠傳送大量的信息,微波通信已被廣泛應用。為了加大傳輸距離,在傳送途中,每隔一定距離都要建一個(gè)接力站,象接力賽跑一樣,把信息傳到遠處。
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