偶极天线:它是什么?(它们是如何设计的mabetx官网

内容

什么是偶极子天线?

一个偶极天线（也称为a成对的东西或偶极天线)被定义为一种RF(射频)天线，由两个导电元件如棒或线组成。偶极子是任何一种能产生近似于基本电偶极子辐射模式的天线。偶极天线是最简单和最广泛使用的天线类型。

“偶极子”的意思是“两个极点”，因此偶极天线由两个相同的导电元件，如棒或金属线。金属线的长度大约是最大波长(即， $= \压裂{\λ}{2}$ )在自由空间的操作频率。

该电线或杆在中心分开，两部分由一个分开绝缘子，这些部分称为天线部分。这两个天线部分连接到馈线或同轴电缆天线的最靠近天线中心的一端。注意，波长是两个连续最大值或最小点之间的距离。具有中心馈电点的基本偶极子天线如下图所示。

射频(RF)电压源应用于偶极子天线的两部分之间的中心。这电压和一个当前的流过两个导电元件产生无线电信号或电磁波以从天线向外辐射。电流为最大，电压在偶极天线的中心最小。相反，电流是最小的，并且电压在偶极天线的末端最大。

基本偶极子天线的辐射图如下图所示。它垂直于天线的轴线。注意，辐射方向图是天线辐射特性作为空间函数的图形表示，即天线的辐射方向图描述了天线如何向空间辐射能量。

偶极子天线是一种传感器它将电信号转换为射频电磁波，并在发射侧将其辐射，并在接收侧将射频电磁波转换为电信号。

偶极子天线设计

我们可以设计许多将在收音机的HF，VHF和UHF频段上运行的偶极天线频率光谱。让我们设计一个1兆赫偶极子天线。

偶极天线的长度

如我们所知，无线电波或任何其他波的波长变化与频率成反比。它由：

$\ begin {align *} \ lambda \ propto \ frac {1} {f} \ neg {align *}$

(1) $\begin{equation*} \lambda = \frac{c}{f} \end{equation*}$

其中，c =光的速度= $3 * 10 ^ 8 \，\，m / s$

f =频率，单位是赫兹

$\λ$ =波长，单位为米

因此，

$\ begin {align *} \ begin {split} \ lambda = \ frac {3 * 10 ^ 8} {f（hz）} = \ frac {30000000000} {f（hz）} = \ frac {300000} {f（khz）} \结束{split} \结束{align *}$

(2) $\begin{equation*} \lambda = \frac{300}{f(MHz)} \，\， meters \end{equation*}$

在半波长时，天线的长度是，

$\ begin {align *} \ begin {split} \ frac {\ lambda} {2} = \ frac {300} {2 * f（mhz）} = \ frac {150} {f（mHz）} \，\，米\\ \ frac {\ lambda} {2} = \ frac {150 * 3.28} {f（mhz）} = \ frac {492} {f（mHz）} \，\，脚\结束{split} \结束{对齐*}$

(3) $\ begin {arearation *} \ frac {\ lambda} {2} = \ frac {150 * 39.37} {f（mHz）} = \ frac {5905} {f（mHz）} \，\，英寸\结束{方程式*}$

因此，从等式（3）我们可以这么说，如果我们使用了1 MHz无线电发射器，则天线线的基本长度将为150米或492英尺或5905英寸。

如果我们忽略了“终端效应”，这是正确的。这种“末端效应”是天线末端空气的介电效应，它增加了天线的有效长度。由于末端效应，天线导线比实际长度长5%。这将在激励电流和振荡电流之间产生干涉，因此振荡幅度可能会减弱。

因此，为了平衡“端效应”，使天线正常工作，必须将天线导线剪断约5%，使其物理长度约为波长一半的95%。

因此，为了获得实用 $\压裂{\λ}{2}$ 天线线的长度，该值乘以一个因子K的天线线的基本长度，即

$\ begin {align *} \ begin {split} \ frac {\ lambda} {2} = \ frac {492 * k} {f（mhz）} = \ frac {492 * 0.95} {f（MHz）} \ END{split} \结束{align *}$

（4） $\begin{equation*} \lambda = \frac{468}{f(MHz)} \，\， feet \end{equation*}$

K的值取决于导体的厚度和工作频率。这个K值对于频率高达30mhz的天线线是精确的。

馈电阻抗或辐射电阻的选择

提要阻抗偶极子的性质是由馈电点的电压和电流的比值来定义的。它通常在电压最小点和电流最大点馈电。

确保最大转移能源从进料器或源/负载，偶极天线的进给阻抗应与源或负载的进孔相同。通过将馈电阻抗与源或负载阻抗匹配，天线可以运行到其最大效率。

辐射抵抗性或者自由空间中理想偶极子天线的输入馈电阻抗可以近似地用a73Ω在实际条件下，它的阻抗从60 Ω到70 Ω不等。天线阻抗可以通过改变导线的长度或形状来改变。

许多类型的同轴电缆具有75Ω的特性阻抗，偶极天线可以用75Ω两根线的同轴电缆供给，这是半波偶极天线的良好匹配。而且，半波偶极子可以用抗冲击率300Ω的传输线，以及根据功率处理能力的折叠偶极送到600Ω开路线路。

使用平衡馈线或巴伦

偶极子天线是平衡天线。因此，有必要使用平衡馈线。平衡馈线由两根并联导线组成。电流在两个导体大小相等，但方向相反。因此，它们的辐射场抵消了力量消散。导体之间的间距通常保持约0.01波长。如果需要使用同轴进料器，则必须使用平衡的Baluan。

同轴电缆

用于馈送天线的最常见的馈线是同轴电缆或同轴电缆。它通常被称为RF电缆。

同轴电缆在两个导体中都携带电流。这些电流大小相等，方向相反。因此，所有的辐射场都在电缆因此，他们互相取消。因此，电缆外部没有辐射场，因此它不受附近任何物体的影响。因此，最好适合作为偶极天线的馈线。

耐张绝缘子

一个应变绝缘体是一个电绝缘体这旨在承受悬挂电缆或电线的拉动。它在两个长度之间插入导线之间，以彼此电气地隔离。它用于架空电线，以支持无线电天线和架空电源线。

因此，1 MHz偶极子天线的总体设计如下图所示。

偶极天线的类型

偶极天线的最常见类型是半波偶极天线。可以设计许多类型的偶极天线。让我们详细解释偶极天线的主要类型。

折叠偶极子天线

折叠偶极天线是一组双偶极天线。如果两个偶极子天线平行连接形成一个细线环，则称为折叠偶极子天线。

顾名思义，偶极子天线的形状是折叠起来的。在折叠偶极子天线中，两个半波偶极子——一个在中心连续，另一个在中心分裂——被折叠并在两端平行连接。分裂偶极子由一个平衡器馈入中心输电线路。因此，两个偶极具有相同的电压在他们的两端和两个相同的电流产生。

折叠偶极子的辐射图案与普通偶极子相同，但折叠偶极子的输入阻抗较高，折叠偶极子的方向性是双向的。

双线折叠偶极子天线

如果两个偶极天线并联连接以形成细线环，则称为双线折叠偶极天线。

如果两个导体的半径相等，则在相同方向上的相同方向上的电流在两个导体中流动。，电流的幅度和相位相等。如果在终端处馈送的总电流是'i'，那么每个偶极子都会有当前的“I / 2”。因此，利用相同的功率施加，在第一偶极子中只有一半的电流流动，因此输入阻抗增加并且变得四次。折叠的偶极天线如下图所示。

折叠偶极子的阻抗计算的通用公式是给出的，

$\begin{align*} Z = n^2 * 73 \end{align*}$

式中，n = no。的 $\压裂{\λ}{2}$ 天线导线

因此，对于半径相等的两线折叠偶极子，其输入阻抗或辐射电阻为

${对齐*}\ \开始开始{分裂}Z = R_r = n ^ 2 * 73 \ \ = 2 ^ 2 * 73 \ \ = 4 * 73 \ \ Z = 292 \ \ \ω\{分裂}\{对齐*}结束结束$

因此，可以在没有任何匹配装置的情况下用传统的300Ω开丝传输线供给双线折叠偶极子。

三线折叠偶极子天线(折叠三极子天线)

如果三个偶极天线并联连接以形成细线回路，则称为三线折叠偶极天线或折叠的脚跟天线。

如果三个线折叠偶极天线与相等的半径一起使用，则在所有三个导体中的相等电流流动。如果在终端处输入的总电流是'i'，则每个偶极子都会有当前的“I / 3”。

因此，利用相同的功率施加，只有三分之一的总辐射电流在第一偶极子中流动，因此输入阻抗增加并且变为九次。折叠的偶极天线如下图所示。

因此，对于半径相等的三线折叠偶极子，其输入阻抗或辐射电阻为

$\开始{对齐*}\{分裂}开始Z = R_r = n ^ 2 * 73 \ \ = 3 ^ 2 * 73 \ \ = 9 * 73 \ \ Z = 657 \ \ \ω\最终{分裂}\{对齐*}结束$

因此，三线折偶极子或折叠三极子可以在没有任何配套装置的情况下，用传统的600 Ω两线开路传输线馈电。

因此，折叠的偶极天线或三角形天线具有重要的阻抗变换性能。这使得与提供天线的传输线易于匹配。还可以通过保持两个偶极子的半径不等来改变输入阻抗。在这种情况下，较大的电流通过较厚的偶极子流动，因此我们可以保持任何所需的输入阻抗。

折叠偶极子天线的优点

折叠偶极天线的一些优点包括：

它具有高输入阻抗;因此很容易与传输线匹配。
它具有宽带频率，即宽带宽，因此适用于FM和电视广播。
与简单的偶极天线相比，它具有高的增益和高方向性，它可以在Yagi-UDA天线中使用。

FM偶极天线

FM偶极子天线定义为垂直极化半波半偶极子天线。调频偶极子天线是最常用的，因为它是建立的，它适合提供改进的接收甚高频调频广播。FM偶极子天线如下图所示。

FM偶极天线的辐射图案垂直于天线的轴线，即，它是水平的，因为FM偶极天线是垂直偏振的半波偶极天线。FM偶极天线的辐射图案如下图所示。

FM偶极子天线一般用于88 MHz到108 MHz之间的FM广播。

风扇偶极天线

风扇偶极或多频带线天线是其中多个偶极与公共馈线连接的偶极线，并且它们像风扇一样散开，因此它被称为风扇偶极天线。顾名思义暗示风扇偶极天线的形式看起来像风扇。它也称为平行偶极天线。

在风扇偶极子天线中，多频带的每个偶极子从频带中心被切断并连接到一个共同馈线。偶极子应该从我们希望它辐射的地方切断。当信号发射时，我们只接收到那个辐射波段的信号，因为其他的偶极子与那个辐射单元相比有更高的阻抗。

风扇偶极子天线如图所示。它是一个4波段的扇形偶极子天线。在这里，我们使用80m、40m、20m、10m多波段偶极子，并与公共馈线并联。

当80 m偶极辐射时，当电流通过80米的偶极子时，在这种情况下，我们只接收80米频带的信号，因为它具有较低的阻抗，而其他40米，20米和10米的频带比较了更高的阻抗到80米辐射元件。类似地，当40 m偶极辐射时，我们只接收来自40 m频带的信号，因为与另一个偶极相比它具有较低的阻抗。请注意，根据Kirchhoff的现行法律，其他偶联也是辐射但未有效地辐射。

半波偶极天线

半波偶极子天线是应用最广泛的一种偶极子天线。顾名思义，偶极天线的总长度等于半波长( $\压裂{\λ}{2}$ )按操作频率计算。它被称为半波长偶极子或简单的偶极子或偶极子。它也被称为赫兹天线。

半波偶极子天线由一个中心为馈电点的2 / 4波长导体组成。它是一种两端与中心点势能相等的对称天线。

半波偶极天线中的电流分布约为正弦沿着偶极的长度，即自然界的常设波。基本半波偶极天线和电压和电流分布在下面的图中示出。

半波偶极天线的辐射图案如下图所示。它表明最大辐射的方向垂直于导体或天线的轴线。它也垂直于天线电流的方向。

半波偶极子天线可工作在3 kHz ~ 300 GHz频率范围内;因此，它主要用于无线电接收器。

短偶极天线

短偶极子天线是所有天线中最简单的一种。短偶极天线是一种导线长度小于波长一半的天线例如,( $< \压裂{\λ}{2}$ ）。

在短偶极天线中，进料阻抗开始增加，并且其响应较小依赖于频率变化。短偶极天线中的电流分布近似三角形。

中间的短偶极天线的长度 $\压裂{\λ}{50}$ 来 $\压裂{\λ}{10}$ 。IE。， $\ frac {\ lambda} {50} <l <\ frac {\ lambda} {10}$ 。短偶极天线上的电流分布近似三角形。基本短偶极天线和电流分布在下面的图中示出。

短偶极天线的辐射图案只是圆形。与半波偶极天线相比略有不同。短偶极天线的辐射图案及其与半波偶极天线的比较示于下图。

短偶极子天线和半波偶极子天线的辐射方向图 — 短偶极子天线与半波偶极子天线的辐射方向图比较

在全半波偶极子天线太大的某些应用中，用短偶极子天线代替全半波偶极子天线。

什么是用于（应用程序）的偶极天线？

偶极天线的一些应用包括：

偶极天线广泛用于无线电和电信。
天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。发射天线是用来将电信号转换成电磁波并将其辐射出去的。而接收天线是用来将电磁波转换成电信号的。在双向通信中，同一个偶极子天线可以同时用于发射和接收。
无线电和电视接收器中使用半波偶极天线。
折叠的偶极天线用于yagi-UDA天线，用于使用Z的平衡线进行地面电视（TV）接收₀= 300 Ω，因为折叠偶极子天线具有高的输入阻抗，因此很容易与传输线的阻抗匹配。
折叠的偶极天线用于宽带操作，例如FM和TV（电视）广播。
甚高频和超高频天线用于沿海地区的陆地移动通信、公共安全、公共通信和工业应用。
FM偶极子天线作为FM广播接收天线，其广播频带为88 MHz ~ 108 MHz。
抛物线反射器天线通常用于卫星通信，射频天文学，以及各种类型的无线电通信链路。