民机通信导航与雷达 第四章 电波传输与天线.ppt

第四章 电波传输与天线  第一节 传输线的基础知识  第二节 天线基础 第三节 电波传播 习 题 驻波比 定义传输线上波腹点电压振幅与波节点电压振幅之比为电压驻波比，用 表示： (4-47) 电压驻波比有时也称为电压驻波系数，简称驻波系数，其倒数称为行波系数，用K表示，于是 (4-48) 四、无耗传输线的状态分析 无耗传输线有三种不同的工作状态：1、行波状态；2、纯驻波状态；3、行驻波状态。 行波状态 行波状态就是无反射的传输状态，此时反射系数 =0，而负载阻抗等于传输线的特性阻抗，即 ，也可称此时的负载阻抗为匹配阻抗 对无耗传输线的行波状态有以下结论： 沿线电压和电流振幅不变，驻波比 在任意点上电压和电流都同相 传输线上各点阻抗均等于传输线特性阻抗 ； 纯驻波状态 纯驻波状态就是全反射状态，也即终端反射系数 。在此状态下，由式（4-46），负载阻抗必须满足 (4-54) 由于无耗传输线的特性阻抗为实数，因此要满足式（4-54），负载阻抗必须为短路（ ）、开路（ ）或纯电抗（ ）三种情况之一。 对无耗传输线终端短路情形有以下结论： 沿线各点电压和电流振幅按余弦变化，电压和电流 相位差 ，功率为无功功率，即无能量传输 在 （n=0,1,2,…）处电压为零，电流的振幅最大且等于 ，称这些位置为电压波节点， 在 （n=0,1,2, …）处电压的振幅值最大且等于 ，而电流为零，称这些位置为电压波腹点 传输线上各点阻抗为纯电抗，在电压波节点处 相当于串联谐振，在电压波腹点处 ，相当于并联谐振，在 内， 相当于一个纯电感， 在 内， 相当于一个纯电容，从终端起每隔 阻抗性质就变换一次，这种特性称为 阻抗变换性。 处于纯驻波工作状态的无耗传输线，沿线各点电压、电流在时间和空间上相位差均为 ，故它们不能用于微波功率的传输，但因其输入阻抗的纯电抗特性，在微波技术中却有着非常广泛的应用。 行驻波状态 当微波传输线终端接任意复数阻抗负载时，由信号源入射的电磁波功率一部分被终端负载吸收，另一部分则被反射，因此传输线上既有行波又有驻波，构成混合波状态，故称为行驻波状态。 实际上，无耗传输线上距离为 的任意两点处阻抗的乘积均等于传输线特性阻抗的平方，这种特性称之 为 阻抗变换性。 综合上述三种情况，对无耗传输线来说，其传输特性均有 重复性和 变换性。 五、传输线的应用及维护基础 射频馈线 机载无线电设备的射频馈线通常都是软性的同轴线。 用作馈线的传输线应尽可能在匹配状态下工作。为此，一方面应使终端负载阻抗等于传输线的特性阻抗，另一方面又应使传输线的特性阻抗等于或尽可能接近信号源的输出阻抗，以尽可能使驻波系数接近于1。 在对馈线的维护中应注意以下几点： 不能随意更换馈线。前面已经说明，同轴线或其他类型馈线的线径、间距及长度的变化，都会导致阻抗的变化，影响阻抗匹配。因此，在需要更换时应更换参数相同、长度相同的馈线； 应保持馈线电缆头处的接触良好，应无锈蚀、松动及水分； 在用卡箍固定馈线时，不应过分卡紧，以免使同轴线内、外导体之间的距离改变； 需要弯曲时，弯曲半径应大于馈线直径的10倍。 用作电抗性元件或震荡回路 不同长度的开路传输线和短路传输线的输入阻抗呈现为不同的纯电抗，因此可作为电感或电容来使用。由于短路传输线便于调节，所以常用短路传输线作为可调的电抗元件。 长度为1/4波长的短路传输线等效为并联震荡回路，因此，在一些无线电高度表中，即用短路传输线作为震荡回路，微调其长度即可微调震荡频率。 用作金属绝缘支架 1/4波长短路线的输入阻抗为无穷大，因此当它与主传输线并联时，不会影响主传输线上的信号传播，相当于绝缘支架。一些飞机的无线电高度表的天线支架，就是这样的金属支架。 延迟线与仿真线 传输线上分布电感与分布电容的存在，使得电磁波只能以一定的速度在线上传播，因而可以利用传输线作为延迟线，例如无线电高度表检查仪中的延迟电缆。 天线是用来辐射和接收无线电波的装置，它的选择与设计是否合理，对整个无线电通信系统的性能有很大的影响，若天线设计不当，就可能导致整个系统不能正常工作 一、天线分类 天线的种类繁多，天线的分类方法不一。但更多的是按结构分为线天线和面天线两大类，再由天线外形形状又分为T形、P形、V形天线、菱形天线、螺旋天线、环行天线、喇叭天线、反射抛物面天线以及微带天线、单脉冲天线和相控阵天线