平板天线

是一种仅在一个特定的方向传播的天线。平板天线一般用在点对点的情形下。你可能也看到它们被叫作“贴片天线”。

定义

是一种仅在一个特定的方向传播的天线。平板天线一般用在点对点的情形下。你可能也看到它们被叫作“贴片天线”。

工作原理

实际上平板天线是从雷达和无线电通信中常用的阵列式天线移植到Ku波段卫星电视接收天线上来的。

所谓阵列式天线,就是将许许多多半波振子单元天线进行有规律地排成行和列而形成。如图3。通常每个相邻半波振子单元之间,包括行距与列距,相隔半个波长的整数倍,从而构成一个天线阵。半波振子的单元的数量取决于平板天线的增益要求,增益要求愈高,其采用的半波振子单元也就愈多。例如,平板天线增益要求达到34dB,那么平板天线的半波振子单元,就得有480个之多。因此振子单元愈多,增益愈高,平板天线的面积也就愈大。

何谓半波振子单元天线呢?这是一付对称天线,其每一端臂长1/4波长,是用金属导体制作而成,两端全长为1/2波长,这种天线称半波振子天线。如果一付天线长度恰好为半个波长,此时的天线呈现为谐振状态,其特性阻抗最小且为纯阻,无电抗,损耗最小故辐射最大。其辐射的方向性即以半波天线为轴,向垂直于轴线的四周辐射,从剖面看形成8字形辐射。如果再在半波振子天线平行—侧口一反射板,其辐射方向就成为,辐射成了单方向性的。除主瓣辐射之外,增加了二个副瓣辐射,即有了其它方向辐射,尽管较小。

当我们明白了单一的半波振子天线的辐射特性后,就可以分析由若干个半波振子天线单元形成的天线阵,即阵列式天线的特性了。由垂直于天线阵的方向来看,由于入射电波距各个振子的行程相同,电波的相位都相等,天线阵的辐射能量为各个半波振子辐射能量相加,因此天线阵辐射能量为单个振子辐射能量的倍数。

而从天线阵的行与列平面的方向即从平行于平板天线方向来看,入射波到每个半波振子的行程不等,相差半个波长,因此每个半波振子电波相位都差半个波长,即相差180°,故半波振子间相位相反,辐射相互抵消,总的辐射为零。这就意味着,天线阵的平面方向无辐射,如图5。

对于既不是垂直于平板天线也不是平行于平板天线的其它方向电波而言,如图6,各振子间在该方向电波行程差为L。不难看出,由于不同方向电波,目口不同入射角9的电波,所形成的行程差L也不相同,天线在该方向形成的辐射强度也不相同,因此天线会出现一些不同于主辐射的辐射方向,即出现旁瓣辐射。旁瓣辐射的数量和强度与半波振子的数量相关,振子越多,旁瓣越多,其强度越弱。

由以上分析我们得知,阵列式天线在接收垂直于天线面方向上电波能量最强,而来自天线面平行方向上的电波是最弱的,是接收不到的。至于接收其它方向的电波能力,也有一点,而这是我们所不欢迎的,可以通过加大天线阵中半波振子的数量,来加以消除。因此我们可以说,平板天线主接收方向是垂直于天线的法线方向。如图7。同时我们也由此感觉到,平板天线与反射式抛物面天线一样,天线口径越大,方向性越强,天线口径越小,方向性越差。这也说明只有小口径天线,才可能实现一锅多星的道理。

在平板天线中,采用阵列式天线,而它的基本单元是半波振子单元。而这种基本单元,我们又可以称其为天线的辐射单元。在Ku波段,频率范围如果是11.7—12.75GHz,那么对应的波长在2.353-2.564cm之间。1/2波长为7.177-1.282cm,取其平均值,半个波长为1.23cm在实际使用中,由于还要考虑天线有个缩短因素,因此半波振子单元的实际长度还要乘以缩短系数0.85-0.9,所以实际半波振子单元长度为1.0455—1.107cm之间,取其平均值便是1.076cm,目口11mm左右,这个长度范围便是平板天线中单元(半波)振子的长度,只有在这个长度范围内的生产制造的平板天线,才适合接收11—12 GHz的Ku波段卫星信号。

相关百科