首页 > 电脑软件 >

平板天线的工作原理（1）“振子式”

电脑杂谈　发布时间：2020-06-02 22:01:12　来源：网络整理

天线原理与设计_手机天线工作原理_汽车天线原理

平板天线（振动器型）的工作原理

目前，在接收9号直播卫星电视卫星的设备中出现了各种小型天线. 其中，平板天线体积小，重量轻，抗风性小，安装使用方便. 内置高频头将天线和高频头集成在一起，调节方便；扁平天线的高效率特性被广泛使用. 扁平天线的类型为振动器类型和缝隙类型. 下面我们将主要讨论振动式平板天线的工作原理.

首先，振动板天线的结构

将振动器式扁平天线的天线表面纵向切割时，我们会看到天线表面由五层材料组成. 如图2

第一层和第五层是天线保护层，也称为天线罩，由抗腐蚀介质制成. 它起到防止氧化，减弱紫外线对印刷电路板的影响以及防止雨雪侵蚀的作用. 在图1的中未画出这两层. 2.

第二层是接收天线层. 它是印刷电路板的金属层，上面印有由许多整齐排列的单元振动器形成的天线阵列，因此可以称为天线基板层. 该层决定了平板天线的技术质量. 单位振荡器的形状多种多样.

第三层是印刷电路板的介电层，它支撑第二层.

第四层是接地导体层，它是一层金属箔，不仅起到反射天线阵列的作用，而且还是馈线的一部分，形成微带传输线. 天线阵列的输出连接到安装在平板天线板后面的高频头.

由此可以看出，扁平天线具有更复杂的结构，它利用了微波技术中的微带电路技术，这需要高科技，尤其是天线阵列中馈电相位的同相. 严格. 它与反射抛物面天线的结构有很大不同，因此设计和制造更加困难. 自从提出平板天线理论以来，已经过去了二十多年. 迄今为止，国内市场上仅出现了高质量和低成本的平板天线. 恐怕这就是原因.

第二个振动板天线及其工作原理

卫星直播电视的出现将卫星下行链路信号的频率增加到12 GHz，并且波长缩短到2.5 cm，这提供了出现平板天线的可能性. 因为不能将扁平天线做得很大，所以只有当波长较短时，才可以把扁平天线做得更小. 实际上，平板天线是从雷达和通信中常用的阵列天线移植到Ku波段卫星电视接收天线的. 所谓的阵列天线是通过在行和列中规则地布置大量的半波偶极子天线而形成的. 如图3所示. 通常在每个相邻的半波偶极子单元之间，包括行距和列距，被半个波长的整数倍分隔，从而形成天线阵列. 半波振荡器单元的数量取决于贴片天线的增益要求. 增益要求越高，它使用的半波振荡器单元就越多. 例如，如果要求平板天线的增益达到34dB，则平板天线必须有多达480个半波偶极子单元. 因此，振子单元越多，增益越高，平板天线的面积越大.

汽车天线原理_天线原理与设计_手机天线工作原理

什么是半波偶极子天线？如图4（1）所示，这是一个对称天线. 两端的臂长为1/4波长，由金属导体制成，两端的总长度为1/2波长，这种天线称为半波偶极天线. 如果一对天线的长度恰好是波长的一半，则此时的天线处于谐振状态，其特征阻抗最小，纯电阻，无电抗，损耗最小，因此辐射为最大的. 辐射方向图如图4（2）所示，即以半波天线为轴，辐射垂直于轴，从横截面看形成八字形辐射. 如果半波偶极子天线与侧端口和反射器平行，则其辐射方向如图4（3）所示，并且辐射变为单向. 除了主瓣辐射之外，还添加了两个旁瓣辐射，即，虽然较小，但在其他方向上存在辐射.

平板天线的工作原理（一）「振子式」

当我们了解单个半波偶极子天线的辐射特性时，我们可以分析由多个半波偶极子天线元件（即阵列天线）形成的天线阵列的特性. 从垂直于天线阵列的方向看手机天线工作原理，由于入射波与每个换能器的距离相同，因此波的相位相等，因此天线阵列的辐射能是每个半个辐射能的总和. 波振荡器，因此天线阵列的辐射能量是单个振荡器的辐射能量的倍数. 从天线阵列的行平面和列平面的方向，即从平行于平面天线的方向，入射波到每个半波振荡器的传播是不相等的，并且相位差是波长的一半，因此每个半波振荡器的相位相差一半. 波长相差180°，因此半波振荡器的相位相反，辐射相互抵消，总辐射为零. 这意味着在天线阵列的平面方向上没有辐射.

对于在既不垂直于平板天线又不平行于平板天线的其他方向上的波，如图2所示. 在图6中，换能器之间的波在该方向上的传播差为L. 不难看出，由于波在不同的方向上，因此产生的传播差L也不同，并且由辐射形成的辐射强度天线在这个方向上也不同. 因此，天线将具有与主辐射不同的某些辐射方向，即旁瓣辐射. 旁瓣辐射的数量和强度与半波振荡器的数量有关. 振荡器越多，旁瓣越多，强度越弱.

通过以上分析，我们知道，阵列天线在垂直于天线平面的方向上具有最强的波能量，而来自天线平面平行方向的波最弱且无法接收. 至于在其他方向接收波的能力，有一件事我们不欢迎. 可以通过增加天线阵列中半波元件的数量来消除它. 因此，可以说平板天线的主接收方向垂直于天线的法线方向. 如图7所示. 同时，我们还感觉到扁平天线与反射抛物线天线相同. 天线孔径越大，方向性越强，天线孔径越小，方向性越差. 这也表明，只有天线才能实现一锅多星的原理.

平板天线的工作原理（一）「振子式」

平面天线中半波偶极子的三种等效辐射元件

在平面天线中，使用阵列天线，其基本单位是半波偶极子单位. 而这个基本单位，我们可以称其为天线的辐射单位. 在Ku频段中，如果频率范围是11.7-12.75GHz，则对应的波长在2.353-2.564cm之间. 1/2波长为1.177-1.282cm，取平均值，一半波长为1.23cm. 在实际使用中，由于天线具有缩短因子，所以将半波振荡器单元的实际长度乘以0.85-0.9的缩短因子，因此半波振荡器单元的实际长度在1.045-1.107cm之间，平均值为1.076厘米，约11毫米，此长度范围是一块平板天线中单元（半波）振动器的长度，只有在此长度范围内制造的平板天线才适合接收Ku波段卫星信号11-12 GHz.

在上面，我们已经分析了平板天线的基本单位或辐射单位是半波偶极子天线，但是由于它只能接收线性极化波，因此形式单一并且无法减小尺寸. 因此，在实际使用中，人们经常使用其他等效形式的辐射元件来代替它. 以这种方式制造的扁平天线不仅减小了面积和尺寸，而且可以接收圆极化波. 现在让我们知道这些等效的辐射元素.

1. 片状等效辐射元件: 如图8中的（1）所示，由上下电极组成的极靴用作辐射单元. 薄片图案有很多类型， 8（1）只是一张纸样的例子.

天线原理与设计_手机天线工作原理_汽车天线原理

2. 具有相同平面电极形状的等效辐射元件: 如图8中的（2）所示，它由电极和周围的接地线组成. 共面电极在其相邻间隙处产生电场以辐射波. 这个例子是圆偏振辐射单元.

3. 狭缝形等效辐射元件: 如图8中的（3）所示，一个封闭的波导由上下两个金属板形成，并且在上部板上设有许多狭缝以引入空间波并将其收集在内部

4. 线性等效辐射元件: 如图8中的（4）所示，没有单元振动器，并且通过在传输线上不同位置的电流分布产生同相辐射. 因此，将线制成锯齿形矩形，改变的部分是传输线，笔直的部分是辐射振荡器.

第四，振荡器型辐射元件之间的馈电

扁平天线中辐射元件的馈电是一个困难的技术问题. 为了使扁平天线具有更高的增益和更强的方向性，必须确保辐射元件同相馈电. 振动板天线的辐射元件依靠微带馈线进行馈电. 馈线不仅必须确保每个辐射元件同相馈电，而且还必须确保每个辐射元件与微带馈线之间的连接阻抗匹配. 它实现了低损耗和高效率.

由于每个辐射元件振动器用于多个连接，因此电路连续并联并联. 每两个辐射单元并联连接，阻抗将减小一半，因此馈线的特性阻抗将发生变化，因此我们应特别注意它们之间的匹配. 微带传输线在同一基板上制成. 不可能通过改变条带之间的距离来改变阻抗，因此只能改变微带的宽度来控制阻抗的变化. 为了匹配不同的线段，馈线上也有许多输入/ 4阻抗转换器.

为了确保不同部位的单元振动器可以同相馈电，在设计振动板天线的布线时，请调整微带馈线的长度以达到此目的.

五，振动板天线与高频头的连接

由于平板天线的辐射元件通过微带馈线连接，波已成为振动器上的感应电流. 集中收集微带馈线后，它们可以作为电流直接传输到高频中下变频器. 它不需要馈源，但是也减少了从电波的电场形式到电流形式的损耗，这对于信号的接收是有利的. 此时的调谐器可以是集中参数类型或分布式参数微带类型. 另外，高频头也可以直接安装在平板天线的后面，也可以通过微带高频头直接内置在平板天线中，使其成为一种新型的天线-高频头一体化结构，既美观又改进可靠性. ，这是双重好处. 目前，市场上大多数平面天线都是集成了平面天线+高频头的平面天线.

以下是扁平偶极天线的物理图和主体参数:

平板天线的工作原理（一）「振子式」