RF电路设计讲座（1）射频、微波天线技术探微

文章摘要： 拋物线增益在表面粗糙处降低代表因表面粗操而使增益损失的方程式，是Ruze公式。一个完美的抛物面天线之效能可以下式表示： ，这里的σ是表面粗操度的均方根值（rms），而λ是波长。Kraus使用不同的方法，获得相似的结果：kg = cos2(4πσ/λ)当你希望抛物面天线达到其最大可能效能的 90% 时，可利用这些方程式。反射器的表面须要有一个大约 λ/40 或更小的均方根误差。λ/10 的均方根误差将会降低增益至大约21%（-6.9 dB），这是以理论最大值来计算。 多波束反射器在没有失去大量的指向性之下，抛物面天线的馈给位置是不能偏移的。然而，若馈给位置是用来去除球形像差（aberrati

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拋物线增益在表面粗糙处降低

代表因表面粗操而使增益损失的方程式，是Ruze公式。一个完美的抛物面天线之效能可以下式表示：

，这里的σ是表面粗操度的均方根值（rms），而λ是波长。

Kraus使用不同的方法，获得相似的结果：

kg = cos2(4πσ/λ)

当你希望抛物面天线达到其最大可能效能的 90% 时，可利用这些方程式。反射器的表面须要有一个大约 λ/40 或更小的均方根误差。λ/10 的均方根误差将会降低增益至大约21%（-6.9 dB），这是以理论最大值来计算。

多波束反射器

在没有失去大量的指向性之下，抛物面天线的馈给位置是不能偏移的。然而，若馈给位置是用来去除球形像差（aberration），以恢复增益时，球形反射器可以被使用。在波多黎各Arecibo天文观测站（参见http://coseti.org/arecibo.htm ）的300公尺巨型碟形天线就是使用这种方法聚焦的。它是一个有趣的反射器天线，它的一面是抛物面、另一面是球形，所以它有许多个馈给位置，对应到许多卫星形成多波束（multiple beam）。

阵列天线

辐射元素的数组包括：
*驱动式双极数组（对数周期双极数组与相位数组）
*寄生式双极数组（八木－宇田数组）
*多极（multipole）槽型数组

辐射器的数组利用其个别元素，可以产生大量的增益。数组的增益是数组因素与元素增益的乘积。很多数组是在一个假设下设计的，此假设是：馈给系统导致每一个元素都有一个规定的电流与相位。这通常忽略了邻近双极元素之间的相互阻抗之影响。前面已谈过可用四分之一波长的电线来馈给每一个元素，以致它们的电流都相等。然而，使用一般的馈给法，想要得到极大的相位差是很困难的。

下图是两个半波双极的相互阻抗实例：
　

双极的垂直共线性数组

共线性双极数组（collinear dipole array）广泛地应用在单点对多点通讯上，双极的数组沿着垂直轴排列，提供集中于水平轴的场型，同时覆盖360°的区域时。下图表示半波双极数组在不同相角馈给，所产生的辐射场型。

  
为了避免失去亲密的「服务对象」（地面的发射机和接收机），天线馈给的相角通常是向外逐渐变尖的，并形成向下倾斜角，如下图所示的辐射场型。这提供了「零充填（null filling）」的功能，且避免能量辐射到水平线以上，浪费了发射机的功率。「零充填」是在辐射场型中填入「空值（nulls）」的过程，以避免在辐射覆盖区内，产生盲点（blind spots）。
　

对数周期双极数组天线

长度渐增的双极天线组可被普通的馈线馈给，产生一种数组天线，称为「对数周期双极数组（log periodic dipole array；LPDA）」，它具有宽带的特性。典型的电视天线是对数周期的，它利用每一双极天线之基本的和第三共振谐波来涵盖VHF电视频道的全部范围。一个典型的「对数周期双极数组天线」如下图所示：

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