對稱天線

兩部分長度相等而中心斷開並接以饋電的導線，可用作發射和接收天線，這樣構成的天線叫做對稱天線。因為天線有時也稱為振子，所以對稱天線又叫對稱振子，或偶極天線。總長度為半個波長的對稱振子，叫做半波振子，也叫做半波偶極天線。它是最基本的單元天線，用得也最廣泛，很多複雜天線是由它組成的。

基本介紹

• 中文名：對稱天線
• 外文名：symmetric antenna
• 用作：發射和接收天線
• 也稱：振子
• 套用：在近距離通信中套用較多
• 拼音：duì chèn  tiān xiàn

對稱天線原理

對於中心點饋電的對稱振子天線，其結構可看做是一段開路傳輸線張開而成。根據微波傳輸線的知識，終端開路的平行傳輸線，其上電流呈駐波分布，如果兩線末端張開，輻射將逐漸增強。當兩線完全張開時，張開的兩臂上電流方向相同，輻射明顯增強，後面未張開的部分就作為天線的饋電傳輸線。饋電時，在對稱振子兩臂產生高頻電流，此電流將產生輻射場。由於對稱振子的長度與波長比擬，因而振子上電流幅度和相位已不能看作處處相等，所以對稱振子的輻射場顯然不同於電基本振子。但是可以將對稱振子分成無數小段，每一小段都可以看成電基本振子，則對稱振子輻射場就是這些無數小段電基本振子輻射場的總和。

對稱天線的設計參數

由於結構簡單，對稱振子廣泛套用於雷達、通信、電視和廣播等無線電技術設備中。對稱振子的工作頻率從短波波段到微波波段。它既可作為獨立的天線使用，也可以作為天線陣基本單元組成線陣或平面陣，還可以作為反射面天線的饋源。半波振子結構簡單，饋電方便，在近距離通信中套用較多。若在饋電點將天線分為兩半，而這兩半的幾何結構形式和尺寸完全相同，則稱為對稱天線，如菱形天線、魚骨形天線等。反之，則稱為不對稱天線。為了提高半波偶極天線的輸入阻抗，常採用折合振子，折合振子可看成是間距遠小于波長的相耦合的兩個相互平行的半波振子。兩振子直徑相等時，折合振子的輸入電阻較半波振子可提高4倍，約為300歐。

對稱天線的套用

平衡饋電

由於對稱天線的對稱性，當採用平衡饋電時，兩半對應線段上的電流也應是對稱分布的，在對稱平面中的方向圖同樣具有對稱性。實際使用的對稱天線，由於雜散電容的影響，例如對地分布電容的影響，也可能使兩半失去平衡，從而引起方向圖的不對稱。對稱天線和不平衡饋線（如同軸線）連線時，須採用平衡-不平衡變換器以保證天線兩半的平衡，常見的變換器有四分之一波長扼流套、U形管和傳輸線阻抗變換器等。

對稱天線還有一狹義的理解，即將中心饋電的偶極天線稱為對稱天線，也稱為偶極天線）。每個臂的長度為l，當線徑很小時，其上電流可近似地認為按正弦分布。為不同臂長時E面的方向，H面的方向圖是一個圓。當l/λ大於0.5時出現副瓣；當λ≥0.75時，最大輻射方向偏離與天線軸相垂直的方向，通常限制在 λ≤0.625範圍中使用，這裡λ為工作波長。等於 λ/4和λ/2的天線分別稱為半波天線和全波天線，最常用的是半波對稱天線。

偶極天線

偶極天線可以看作是由開路平行雙線張開而形成的，其輸入阻抗Zin 。當略小於λ/4的整數倍時產生諧振。天線的特性阻抗越小，則輸入阻抗隨頻率的變化越平緩。因此，常常採用加粗天線線徑的方法來降低它的特性阻抗，以展寬工作頻帶。為了減輕重量和節省材料，在中、短波波段可用若干根導線構成籠形或柵形的臂以加粗天線的等效直徑。在λ=0.25附近，輸入電阻約為70歐。半波和全波偶極天線的半功率波瓣寬度分別是78°和47°，方向性係數分別是 1.64和2.41。如果λ很小，方向圖和基本振子相似，半功率波瓣寬度接近90°。如果l/λ增大，可得到較強的方向性，但若超過0.625，方向性係數將下降。H.R.赫茲通過實驗論證無線電波存在時所用的赫茲天線即為一對稱天線。偶極天線是短波和超短波波段中使用最為廣泛的天線。在短波波段，地面上水平架設的偶極天線也稱為π形天線，其最大輻射方向和地面的夾角（仰角）由架設高度控制。在超短波波段，偶極天線可獨立使用，也可作為強方向性天線陣的陣元。在微波波段，一般用作饋源。

最佳化設計

天線的長度影響工作頻率，在接下來的仿真設計中針對天線長度會進行最佳化設計，選取最合適的結果。天線背面的接地板尺寸大小對於天線的輻射性能有很大的影響，考慮到天線的全向輻射和地板對天線的頻寬及中心頻率的影響，地板長度小於饋線的長度。其次，為了獲得適應在WiMAX頻段的中間頻率，在地板上進行開縫設計，使得縫隙的短路段相對於微帶饋線形成一個虛饋點，激勵起所需頻段，形成陷波，調節縫隙的長度、寬度以及與饋線的距離來調節天線的輻射性能，找到合適的縫隙參數達到設計結果。最后綜合考慮天線設計的每個結構參數，選取合適的數值，實現設計要求由於彎曲、連線和傳輸時會產生寄生阻抗從而產生寄生輻射，會導致天線的副瓣電平升高，增益降低，為了降低寄生阻抗的影響，天線極子連線處用切角不用直角。天線的背面接地板上開有對稱的兩條縫隙，在接地板長度從11~13 mm之間，接地板長度越長，高頻諧振頻率段天線回波損耗小於-10 dB頻寬也會越來越大，並且低頻諧振頻率向左移動，低頻諧振頻率段-10 dB頻寬隨之減小，而且可以很明顯地看出低頻段的回波損耗數值越來越小，天線低頻輻射性能越來越好。但是當接地板長度繼續增大到14 mm時，天線高頻諧振頻率段天線回波損耗小於-10 dB頻寬反而減小了，而且低頻諧振頻率段的回波損耗數值明顯增大，導致天線低頻輻射性能明顯變壞。當接地板長度取11 mm時，高頻諧振頻率段頻寬最小不能覆蓋WLAN 5.8 GHz，另外，低頻段的回波損耗數值較大，輻射性能不好。