專利名稱：寬頻帶回路寄生陣天線的制作方法
技術領域：
本發明為一種寄生陣天線，其饋電單元為廣角三角形廓線偶極子，寄生單元為雙三角形回路。由一個饋電單元和一個寄生的反射單元及一個寄生的引向單元組成的這種三單元回路寄生陣天線的工作帶寬可達到2∶1-4∶1。用線形導體制作的這種天線可以用作米波(VHF)波段(30-300MHz)和分米波(UHF)波段(300-3300MHz)，通信電視和廣播系統及設備的寬頻帶接收天線，特別適于用作VHF-FM電視及調頻接收天線或VHF-UHF全頻道電視接收天線等。
最常用的VHF及UHF波段電視接收天線是用柱形半波振子或環形折合振子作為饋電單元，柱形無源振子作為寄生單元的八木天線，在天線的分類上它屬于寄生陣天線，經過良好設計的柱形振子八木天線的工作帶寬只能達到10%左右，只能用于VHF波段的單頻道電視接收或UHF波段的數個相鄰頻道的電視接收，在八木天線問世后的五十多年時間里已作過多種努力以求拓寬八木天線的工作帶寬，這些努力可以歸結為(1)使用雙頻復合振子作為饋電單元，(2)采用方形或圓形回路或交叉振子作為饋電單元和(或)寄生單元，結果可在一定程度上拓寬八木天線的工作頻帶，但均不能達到2∶1的工作帶寬。到目前為止能夠達到1∶1左右的工作帶寬的僅有寄生陣天線是日本學者T.Tsukiji和S.Tou于1981年發表的(T.TsukijiandS.Tou，“HighgainandbroadYagi-Udaarrayantennacomposedoftwin-deltaloops，”inAntennasandPropagation，IEEConferencePublicationNumber169，PP.438-441，1981.)。他們建議用在兩個公共頂點饋電的雙等邊正三角形回路作為饋電單元，用具有一個公共頂點的雙正三角形回路(稱為雙三角形回路)作為反射單元或引向單元。當作為反射單元時要求一個三角形回路的周長為1.0-2.0λ，λ是天線工作波長，這樣做成的二單元(一個饋電單元及一個反射單元)寄生陣天線工作帶寬可達到2∶1。當作為引向單元時要求一個三角形回路的周長為0.5-0.9λ，這樣做成的二單元(一個饋電單元及一個引向單元)寄生陣天線的工作帶寬略小于2∶1，他們沒有研究三單元(一個饋電單元、一個反射單元及一個引向單元)的情況，根據我們的計算在具有反射單元的二單元結構上增加一個引向單元帶來的好處很小，增益增加不足1分貝，但帶寬卻有相當的損失，實際上，由于所要求的雙三角形回路的尺寸相當大，Tsukiji和Tou所建議的這種寄生陣結構并未能形成一種可資實際應用的天線。
目前，具有寬頻帶工作特性的VHF及UHF波段的實用天線是50年代后期由美國伊利諾大學的DuHamel和Isbell等人發明的對數周期偶極子陣天線，通常采用柱形米波偶極子或它的變形作為單元。這樣天線達到4∶1左右的帶寬不困難。但它的工作原理不同于八木天線，其饋電方式不是寄生的，而是并聯倒相式饋電。
本發明的目的在于提供一種結構簡單而且尺度小的VHF及UHF波段的寬頻帶天線，它的工作帶寬可高達4∶1，可基本滿足復蓋VHF電視全頻道或VHF-UHF的跨頻段全頻道電視接收的要求。
本發明的寬頻帶寄生陣天線稱為三角形廓線偶極子饋電的雙三角形回路寄生陣天線，它的基本結構是三單元結構如圖3，饋電單元采用三角形廓線偶極子見圖1，反射單元及引向單元均采用雙三角形回路見圖2。當一個導體回路的周長略大于波長時，作為寄生單元這個回路的作用是反射器。當把這個回路做成對頂的雙三角形時見圖2，其中一個三角形的周長僅略大于0.5λ1，這里λ1是三單元寄生回路天線工作頻帶下界頻的波長。張角為50°-70°的廣角，三角形廓線偶極子是具有寬頻帶阻抗特性的線偶極子結構，例如，當選取張角為60°時，它的一個單極三角形的周長約為0.51λ2，這里λ2是偶極子的第一個諧振波長。由于三角形廓線偶極子與雙三角形回路的形狀相似，它們之間有著良好的耦合，如果選取λ2適當地小于λ1，用正三角形廓線偶極子作為饋電單元，雙正三角形回路作為反射單元所構成的二單元寄生陣就可在λ1＞λ＞λ3的工作波長范圍內產生由反射器到饋電單元方向的定向輻射，這里λ3是工作波長的下界，λ3＜λ2。再在饋電單元前方加上三角形周長略小于0.5λ3的雙正三角形回路作為引向單元，可以使增益有適當的提高，這就是三單元正三角形廓線偶極子饋電的雙三角形回路寄生天線的工作原理。各個單元中三角形的頂角也可以60°附近的其他角度，三個單元之間有類似的關系。各個單元的尺寸及單元之間的間距與天線的性能之間的精確的關系需依靠計算得出。
對于所考慮的寄生天線結構，在饋電源給定的情況下由電磁場理論可導出確定天線上電流分布的積分方程組，用矩量法求出積分方程組的數值解即可得出導線上的電流分布，從而可求得天線的輻射特性。所需的計算工作已在計算機上完成，結果表明這種三單元寄生陣結構可設計成工作帶寬在2∶1到4∶1之間的寬頻帶天線。如果對于上述三單元結構增加一個引向器，所構成的四單元寄生陣結構可設計成工作帶寬為1.5∶1到1.7∶1的寬頻帶天線。當用直徑為10-3λ1的細導線制作時，帶寬為4∶1的三單元寄生陣天線增益可達到4.5-9.5分貝，帶寬為1.5∶1的四單元寄生陣天線增益達到7.1-9.5分貝，除工作帶寬外，本發明的回路寄生天線的另一顯著優點是天線尺度小，例如，4∶1帶寬的三單元天線的長、寬尺度僅為0.12λ1×0.30λ1，與具有同樣帶寬而增益相近的對數周期偶極子陣天線比較，其長、寬尺度的縮減約為40%-50%，天線的輸入阻抗可由適當地選擇饋電隙g2的尺寸來調節得與300歐姆饋線有較好地匹配，所以特別適合于作為電視接收天線。三單元寄生陣天線的4∶1工作帶寬已可基本滿足復蓋電視的VHF頻段及調頻廣播(FM)或復蓋電視的VHF高段(6-12頻道)及UHF頻段的低段(13-33頻道)的要求。
本發明的最佳實施例如下一個可復蓋電視的VHF頻段高段及UHF頻段低段(6-33頻道)的VHF-UHF全頻道三單元回路寄生陣天線具有如下幾何尺寸l1＝544mm l2＝384mm l3＝126mmh1＝334mm h2＝210mm h3＝92mmd1＝148mm d2＝61mmg1＝g3＝28mm g2＝20mm用φ6的鋁管制作，工作頻率167-680MHz，帶寬4.07∶1，在6-12頻道增益為4.5-6.7分貝，在13-33頻道增益值為5.7-9.5分貝，天線用300歐姆饋線經4∶1阻抗變換器連接到電視機。天線尺寸小，可以作為室內天線使用。
說明書
圖1為三角形廓線偶極子圖2為雙三角形回路圖3為三單元三角形廓線偶極子饋電的雙三角形回路寄生天線，F為饋電點
權利要求
1.一種由饋電單元，寄生的反射單元和寄生的引向單元組成的三單元回路寄生陣天線，其特征在于饋電單元是廣角三角形廓線偶極子，寄生的反射單元和引向單元均為雙三角形回路。
2.一種由饋電單元，寄生的反射單元和寄生的引向單元組成的四單元回路寄生陣天線，其特征在于饋電單元是廣角三角形廊線偶極子，一個寄生的反射單元和兩個寄生的引向單元，均為雙三角形回路。
3.按照權利要求1所述的正三角形廓線偶極子饋電的雙正三角形三單元VHF-UHF波段回路寄生陣天線，其幾何尺寸為l1＝544mm l2＝384mm l3＝126mmh1＝334mm h2＝210mm h3＝92mmd1＝148mm d2＝61mmg1＝g3＝28mm g2＝20mm
全文摘要
寬頻帶回路寄生陣天線屬于一種寄生陣天線，它的饋電單元為廣角三角形廓線偶極子，寄生單元為雙三角形回路。如此由一個饋電單元、一個反射單元和一個引向單元組成的三單元回路寄生陣天線工作頻帶寬度達到2∶1～4∶1。如此的具有兩個引向器的四單元回路寄生陣天線工作頻帶寬度達到1.5∶1～1.7∶1。本發明天線的顯著優點是工作頻帶寬和天線尺度小。適于作為米波波段(VHF)和分米波波段(UHF)的通信、電視和廣播系統和設備的寬頻帶接收天線。特別適合于作為電視接收天線。
文檔編號H01Q19/00GK1034095SQ8710119
公開日1989年7月19日 申請日期1987年12月19日 優先權日1987年12月19日
發明者龔中麟 申請人:北京大學