天线应用

天线应用（精选十篇）

天线应用篇1

关键词：角锥喇叭天线,圆锥喇叭天线,电磁场仿真

0概述

喇叭天线是一种应用广泛的微波天线, 其优点是结构简单、频带宽、功率容量大、调整与使用方便。合理的选择喇叭尺寸, 可以取得良好的辐射特性:相当尖锐的主瓣, 较小副瓣和较高的增益。因此喇叭天线在军事和民用上应用都非常广泛, 是一种常见的测试用天线。

传统的天线设计方法总是由设计师根据天线的分析理论以及自己的经验通过编程进行数值计算的方法来确定天线的各参数, 由于一般的书本理论均建立在近似分析的基础上, 故设计初只能得到计算理论上的模型, 而后根据实际实验进一步调整设计, 这样做不仅花费了大量的时间和精力, 而且费用昂贵。因此采用现代计算机为基础的电磁场数值仿真、优化分析方法必将成为设计师的首要选择。可求解任意三维射频器件的电磁场分布, 可直接得到特征阻抗、传播系数、S参数、辐射场、天线方向图等结果。自适应网格抛分技术、快速扫频、全波spice技术以及大矩阵快速压缩算法技术的应用大大提高了求解精度和速度。本文就是利用仿真软件对喇叭天线进行仿真和优化。

1 喇叭天线设计原理

1.1 角锥喇叭设计

最通用的矩形喇叭天线形式是角锥喇叭, 角锥形喇叭一般也是由TE10模激励的矩形波导来馈电。它是H-面和E-面扩展而成的, 这种形状将在两个主平面均产生窄波瓣, 因而形成笔状波瓣。

对于最佳H面扇形喇叭, 可由确定口径宽度A, 而后由最佳条件确定喇叭长度R1。

对于最佳E面扇形喇叭, 可由式确定口径高度B, 而后由最佳条件式确定喇叭长度。

角锥喇叭必须设计得能与馈电波导装备在一起。为了具有可实现的结构, 角锥喇叭通常设计成最佳增益喇叭。在喇叭长度一定时, 使相对增益取得最大值的口面尺寸称为最佳口面尺寸。由最佳尺寸确定的喇叭称为最佳喇叭, 最佳角锥喇叭的口径效率约是50%。

典型问题是给定增益G, 要求确定A, B和Rp, 设计公式为:

式中波导尺寸a, b和G已知, 从而求出lE, 而后B由式 (2) 求出, A由式 (3) 求出。lH由式 (1) 求出。由式确定。

最佳角锥喇叭:A/B=1.2~1.35.

1.2 圆锥喇叭设计

圆锥喇叭由载TE11模的圆波导馈电, 喇叭内的场是馈电波导内的TE11模的扩展与变形, 喇叭内的等相位面是以Q点为中心的球面, 球面波投射到平面口径上将产生平方律相位分布。

圆锥喇叭的最佳条件为, 对应的最佳相差参数s=3/8。

对于最佳圆锥喇叭, 半功率波瓣宽度:

口径效率接近50%或L=2.9d B, 方向性系数:

根据设计公式设计出大概尺寸。再经过HFSS仿真与优化, 确定喇叭精确尺寸。

2 建立模型

仿真设计首先要建立模型, 可以在HFSS的编辑环境中建模, 也可以在Auto CAD中完成导入, 根据初步设计出来的尺寸画出三维图。同时设置材料特性, 一般选择的是铜或者铝化物作为介质材料。然后定义激励端口, 设置边界条件, 仿真空间等。喇叭天线三维结构示意图如图所示。

3 仿真结果

3.1 角锥喇叭天线

在2.1GHz-3.3GHz的频带内对此喇叭天线进行仿真, 因频带较宽, 这里只罗列几个典型频率点的方向图如下所示。在已设计的尺寸基础上, 通过HFSS_11仿真微调尺寸, 得到了比较理想的2.1GHz-3.3GHz频段角锥喇叭天线, 驻波比VSWR≤1.22, 增益G最大为13.7d B。

3.2 圆锥喇叭天线

在7GHz-11GHz的频带内对此喇叭天线进行仿真, 因频带较宽, 这里只罗列几个典型频率点的方向图如下图所示。在已设计的尺寸基础上, 通过HFSS_11仿真微调尺寸, 得到了比较理想的7GHz-11GHz频段圆锥喇叭天线, 驻波比VSWR≤1.25, 增益G最大为15.4d B。

4 结语

在上述喇叭天线的设计中, 通过应用HFSS_11仿真软件对天线尺寸的调整, 我们得到了比较理想的结果, 而且通过它还能直观地看出微波在天线及空间的传播强度等, 对我们理解电磁场起到了很大的作用。目前微波水分仪和雷达物位计应用的就是角锥喇叭天线, 圆锥喇叭天线将应用在以后的雷达物位计中, HFSS软件在其中起到了很大的指导作用。

参考文献

[1]周建斌, 周蓉生, 黄锦华.C8051F020MCU在核谱测量系统中的应用研究[J].核电子学与核探测器技术, 2005, 5:515-518

纳米天线的超常特性及应用篇2

都世民

最近笔者发现有多则科技报道与纳米光学天线有关。为此从百度文库、道客巴巴文库、光明网、科学网、腾讯网、国家纳米研究中心网、中科院纳米研究中心网等，查询纳米光学天线有关资料，分析整理后，对有关问题进行一些讨论。

近日，武汉大学电子信息学院，用一种新穎的反射式金納米天线阵列，成功应用於激光全息領域。这是一種在襯底表面加工出超薄金属微納結构材料，与光波相互作用，呈現出一些超常特性。武汉大学郑国兴与伯明翰大学教授張霜开展合作，在实验中不仅捕捉到令人滿意的爱因斯坦激光全息图像，而且实現了高达80%的实測衍射效率。這一成果超越了传統材料的激光全息水平，而且工艺流程大大简化——仅需一步光刻工艺。

另据报道，苏格兰大学物理学联盟高校的科学家，在实验室内成功降低了光的速度，即便光子回到自由的空间中，仍然以较低的速度运行。在自由空间中光速接近每秒30万公里，当光通过诸如冰体、玻璃等材料时，光速会出现降低，但只要它再次返回自由空间中，其速度就会回归正常。

美国伊利诺斯大学厄本那—香槟分校一个研究小组基曼尼·图森特,用已制作好的纳米阵列结构，在电子扫描显微镜下，调整阵列，实现对等离子光学性质进一步重组。因此人们能在制作好之后，决定所需的纳米结构，实现对光波的控制。

这种纳米天线阵列为柱-领结纳米天线（p-BNA）阵列模板，每根直径约250纳米，用金制作成领结状柱块，“领结”下垫有500纳米高的玻璃柱。用扫描电子显微镜（SEM）发出的电子束，可以让单根或多根p-BNA子阵列，以60纳米/秒的速度变形。在电子束的激发下，等离子推动纳米天线阵列，使其出现明显变形，这在金粒子之间形成纳牛（10的负9次方牛）量级的受力差异。

2015-03-05，中国科学技术大学设计了一类尺寸为50纳米，且具有内凹型结构的金属钯纳米材料，通过降低结构对称性和增大颗粒尺寸，使其能够在可见光宽谱范围内吸光，吸光后的光热效应足以为有机加氢反应提供热源。纳米结构的尖端棱角处具有超强的聚光能力从而产生局部高温。

内外科技专家上述研究进展，这些成果很受关注。无论是军用或民用上，这些成果的转化都可能产生颠覆性影响。其应用前景十分广阔。当然这些领域的研究是相互交叉的，有一个较长时期的融合过程。将会在哪些方面出现巨大变化，还需试目以待。这是笔者关注的原因之一。另外，笔者从事天线技术五十年，专业上爱好和兴趣也是一个原因。

纳米光学天线的基本关注点

[size=14.0000pt]1.纳米光学天线最小尺寸

纳米光学天线与传统天线比较，首先在维度上是最小尺寸。1985年，wessel教授基于金属小颗粒能有类似于传统天线接收入射电磁波的属性，最早提出光学天线的概念。随后，Pohl教授对这种类似性进行系统的讨论，通过比较近场光学探针与传统天线的相似性，得出传统天线理论可以应用于近场光学。由于光学偶极子天线谐振长度远远小于入射光半波长，这与传统天线理论相悖，Novotny教授用有效波长的概念解决了该问题。

2010年03月17日新华网报道：日本广岛大学的研究小组日前开发出纳米级超小型天线.天线宽75至125纳米、长500纳米，相当于把普通电视天线缩小到百万分之一。构成天线的5根“枝杈”是用金制作的，固定在透明的氧化硅板中。这种天线能够收发波长为400至800纳米的电磁波。纳米光学天线是自赫兹发明天线以来，所有天线中最小天线，它的工作频段进入光频段，即THz。然而纳米天线进入光频段，出现一些超常特性。2.纳米光学天线的超常特性

天线是接收和辐射电磁能的工具，具有非常广泛的应用，在光学波段可以利用光学天线在纳米尺度对光波进行调控。基于表面等离子体共振的纳米光学天线的一个独特性质是约束场。一个很小金属颗粒受光激后，经常被看作一个偶极子天线，纳米粒子可以通过外场的激发，而成为光源,并拥有其独特的光学性能。纳米天线对特定波长的辐射，具有强吸收和强散射的特性，该特性与粒子的大小、形状、介质环境等因素紧密相关。

当表面等离子体谐振时，纳米金属粒子的极化作用明显增强，诱发的偶极子也极大地增强，这也导致电磁场大大增强。这种性能常常被用来增强某些光学过程的弱辐射截面,如拉曼散射、荧光现象或者提高非线性光学响应。这种性能与微波线天线受外场激励后，在谐振状态，产生的感应电流在平行极化时，会使天线辐射场明显增强，这两者有相类似的现象。A.频谱调控：

据科学时报2010年1月27日报道：中国科学技术大学科研人员发现：无线电通信天线尖端尺寸减少到纳米量级，并非常接近另一金属表面而形成一个纳米腔室时，就可以调控局域等离激元谐振模式，来对腔内荧光体的发光特性进行有效控制，在光频区实现新奇的电光效应：电致热荧光、上转换发光和“彩色”频谱调控。这些发现及其隐含的物理机制，揭示了局域的纳腔等离激元场，可以作为一种近场相干光源，在光电耦合与转化过程中，起着至关重要的调控与放大作用，为纳米光电集成提供了新的思路。B.实现高增益单波束辐射：

单向纳米天线可以为任何无方向性的光发射器（如微激光器、纳激光器或等离子激光器（Spasers），甚至量子点）引入方向性。立方体天线通过精确控制光束宽度与方向，实现光会聚。特殊结构的纳米天线能够改变与其相耦合的点光源的方向性，甚至可实现高增益单波束辐射。调天线单元间距可实现对光束指向的微调。

C.利用非对称光学缝隙纳米天线，可以调控光的耦合和辐射方向。

D.圆偏振光的调控: 利用L形光学缝隙纳米天线，通过调节天线尺寸来改变两个相互正交的线偏振的不同模式的相位，可以获得90度的相位差和近似相等的强度，从而实现圆偏振光。

E.增强自发光辐射：用由金制成的外部天线，来增强铟镓砷磷(InGaAsP)制成的纳米棒的自发光辐射，可增加115倍。

F.产生开关效应: 由北京大学物理学院、美国Rice大学、国家纳米科学中心、北京大学前沿交叉学院共同合作完成的“导电衬底金属九聚体纳米天线结构Fano共振开关效应”.G.改变纳米天线尺寸与波长的关系: 使用不规则碎片形状，可改变纳米天线尺寸至非常小，或增大至人类头发的宽度.H.改善天线的性能: 使用3D打印技术制成的半球立体天线,其性能比普通的单极天线高一个数量级，同时也能大大减小纳米天线尺寸，不足波长的十二分之一.I.创建负折射现象来控制光的偏振: 2011年12月26日 ,科技日报报道：(http://)实验证明，纤细的等离子体纳米天线阵列能采用新奇的方式对光进行精确地操控，改变光的相位，形成负折射现象.通过改变光的相位，能显著改变光的传播方式，同一种光波通过折射率不同的物质时，相位就会发生变化。创建负折射现象，也可以控制光的偏振。有别于经典的折射和反射定律。普渡大学的科研团队制造出了这种纳米天线阵列，光波波介于1微米(百万分之一米)到1.9微米之间的近红外光附近，大大改变了光波的相位和传播方向。J.控制和引导吸收光的能量: 据美国物理学家组织网2011年7月10日报道，加拿大科学家从植物的光合作用装置——捕光天线中获取灵感，研制出了新型纳米捕光“天线”，它能控制和引导吸光能量。这是整合在DNA（脱氧核糖核酸）和半导体研究两方面的先进成果，发明了这种方法，让某些类型的纳米粒子相互依附在一起，自我组装成最新的纳米天线复合物，并将这种由量子点自我组装而成的材料命名为“人造分子”。令人吃惊的是，这种天线能自我组装而成，用筛选出来的特定DNA序列包裹不同类型的纳米粒子，将其整合在一起。随后按照自然规律，自我组装成拥有特定属性的类似于分子的纳米粒子复合物。这种新型纳米天线能增加吸收光的能量，还可以将此光能量释放到该复合物内特定的位置上。新复合物也能捕捉太阳光中所包含的各种波长的光。这是一种新型能量产生器，这对探索小宇宙内能量形成机制有很好的启发。

K.调控光的速度: 苏格兰大学物理学联盟高校的科学家，在实验室内成功降低光的速度，即便光子回到自由的空间中，仍然以较低的速度运行。

L.重组光的性质：纳米纹理表面就像一种预编程序，入射光与表面相互作用后，光的性质就会发生改变。用已制作好的纳米阵列结构，在电子扫描显微镜下对阵列进行调整，实现对等离子光学性质进一步重组。因此能在制作好之后，而不是之前，决定所需的纳米结构来改变光的性质。

[size=15.0000pt]3.纳米光学天线形状与结构

纳米光学天线结构种类繁多，常见结构:分别是纳米棒、蝴蝶结形、纳米粒子对、八木-宇田天线、纳米粒子阵列。对称振子纳米光学天线，由两片金属薄膜和馈电间隙构成。共振时天线长度约为入射光波长的一半。振子臂形状除了长方形外，也可以为梯形，蝴蝶结形、圆盘形、三角形等。金属纳米颗粒的不同结构或组合决定了其等离子体共振峰值的位置，也就是结构决定其工作波长。不同结构的纳米天线具有不同的光学性能，这也提供了对基于纳米光学天线的光学元件的调控方法。.新近科技报道表明，纳米光学天线还有下列形状：

A.澳大利亚spacedaily网站2015年2月25日报道：澳大利亚科学家发明200纳米绝缘材料组成的立方体形状的纳米天线.性能优于先前的由导体和半导体材料组成的球形天线。B.纳米光学L形缝隙天线,可以辐射出圆偏振光。

C.不规则碎片形，也就是说它们由重复样板组成，复制最小属性的形状，以打造相似却更大的结构。使用这一不规则碎片形法，意味着研究人员研发的纳米天线可缩小至非常小的尺寸，或扩大至人类头发的宽度.D 3D立体半球天线

美国伊利诺伊大学电子和计算机工程系以及材料科学和工程系的两位教授联手，造出了一种突破性的“3D天线”。使用纳米级的“银墨水”，用类似打印机的原理，在一颗半球体表面上“打印”出了依附在弧形表面上的立体天线。这种3D立体天线的性能比普通的单极天线高一个数量级，同时尺寸也能大大缩小，不足波长的十二分之一。通过计算机设计多种天线形状，可以实现在各种基板，包括塑料薄膜、纸质、陶瓷等表面，实现“一键”打印天线，该技术非常便捷，可以实现诸如办公室打印文档一样快速打印制造天线。

E.V型结构纳米天线：普渡大学的科研团队制造出了纳米天线阵列,这种纳米天线是蚀刻在一层硅上方的金做成的V型结构，它们是一种“超材料”(一般都是所谓的等离子体结构)，宽40纳米。科学家们也已证明，他们能让光通过一个宽度仅为光波波长五十分之一的超薄“等离子体纳米天线层”。

F.人造分子式纳米天线：让某些类型的纳米粒子相互依附在一起，自我组装成最新的纳米天线复合物，将这种由量子点自我组装而成的材料命名为“人造分子”。

G.Bow-tie金属天线，通过利用双光子荧光增强作用，得到了天线间隙处场增强大约在1000量级。Bow-tie天线间隙处的场高度增强，应用于双光子聚合，得到30 nm的分辨率。H.单极纳米天线：在SNOM针尖上，制备单极光学天线，探测单分子荧光，得到了～25nm的光学分辨率。

I.金子塔形的纳米天线：荷兰阿姆斯特丹FOM研究所和飞利浦研究所的研究人员，设计了一种新型小金子塔形的纳米天线,而不是通常所采用的直柱形。这种形状能够增强光的电场与磁场之间的干涉，使场增强或改变光束的方向。[size=15.0000pt]4.纳米光学天线的材料

按材料的不同，光学天线可分为介质光学天线和金属光学天线。其中，介质光学天线可以作为近场光学探针对样本表面的隐逝场进行散射，实现局域场与传播场的相互转换。金属(金、银、铜、铝等)光学天线，一般由金属纳米结构组成，利用金属纳米结构与光的作用，实现传播场与局域场的相互转换和电磁场局域增强。

A.对称振子纳米光学天线，由两片金属薄膜和馈电间隙构成。两片金属薄膜材料多为金、银，也可用碳纳米管制成。

B.3D立体半球天线.使用纳米级的“银墨水”，用类似打印机的原理，在一颗半球体表面上“打印”出了依附在弧形表面上的立体天线。

C.纳米捕光“天线”.让某些类型的纳米粒子相互依附在一起，自我组装成最新的纳米天线复合物，这种由量子点自我组装而成的材料命名为“人造分子”。

D.创建负折射现象，控制光的偏振。有别于经典的折射和反射定律.制造出了纳米天线阵列并大大改变了光波波长介于1微米(百万分之一米)到1.9微米之间的近红外线附近光波的相位和传播方向。

E.使用由金制成的外部天线，并使用铟镓砷磷(InGaAsP)制成纳米棒光学天线。

F.用一种新穎的反射式金納米天线阵列，在襯底表面加工出超薄金属微納結构材料，与光波相互作用，呈現出一些超常特性。

G.使用绝缘材料组成的立方体形状的纳米天线。H.使用由导体和半导体材料组成的球形天线。

I.使用微型半导体量子级联(QC)激光器,在QC激光器上安装纳米天线，实现了纳米级的精度对激光点聚焦，从而可以使QC激光器执行亚微米级的扫描。使分辨率提高到可见光波长的百分之一。使体积更小，有更好的信噪比。

J.石墨烯制作的纳米天线: 佐治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）的研究人员，通过计算机模拟，用石墨烯制作的纳米天线,可以用于纳米机器的网络中。除了能够在纳米机器之间通信外，石墨烯天线还能用于移动手机和网络连接的笔记本上，使它们得到更远的通信距离。石墨烯使用非常少的能源就能够运行。由于石墨烯的蜂窝结构，所以它的表面产生表面波的范围也最广。这种天线的特性是，在大小相同的情况下，辐射频率比普通材料天线的辐射频率还要低。

在 0.1 到 10 太赫兹之间波段,石墨烯纳米天线将无线网络中的数据速率提高超过两个数量级。

K.稀土掺杂上转换纳米发光材料具有高光化学稳定性、几乎无毒性、窄线宽、长荧光寿命、可调谐荧光发射波长等优势，是目前普遍看好且有望成为替代传统下转换荧光探针的新一代荧光生物标记材料。

天线应用篇3

关键词　天线设计　分形　多频性

中图分类号：TN820 文献标识码：A

0　引言

近年来，随着无线通信技术的发展和无线通信应用产品的普及，尤其是手持无线通信设备的普及，无线通信设备被做的越来越小，以使使用者能够随身携带；无线电波频谱也越来越宽，有时需要同一无线设备在不同频率下均能够正常工作，这就使得人们对用于无线通信的天线有了更高的要求，即天线要实现小型化，多频化等特点。

将分形几何应用于天线设计中，正是实现天线小型化、多频化的一个重要手段。自从法国数学家曼德勃罗（Benoit-Mandelbrot）在1973年首次提出分形的概念以来，分形几何学已经引起了众多学者的重视与研究。20世纪80年代，对波与分形结构相互作用的研究多了起来，促进了分形电动力学的发展，而分形天线则正是分形电动力学的众多应用之一。①天线的分形设计是分形几何学与经典电磁理论的融合。分形天线主要是在小型化和多频化两个角度突破了传统天线的局限性。分形复杂的形状使得一些天线的尺寸缩减成为了可能。天线这种窄带设备的性能高度依赖于其尺寸。对于尺寸固定的天线而言，其输入阻抗、增益、方向图、副瓣电平等主要性能参数将随着工作频率的变化而变化。分形具有自相似性，分形天线又具有了分形的特征，从而具有了多频特性。目前，分形天线在无线通信、移动通信和卫星通信方面都有着巨大的发展潜力和广阔的市场前景。②

1　研究现状

近年来，对于分形天线的研究也比较多。除了发现了一些新的分形结构外，主要对已经发现的分形结构进行适当变形，以观察变形处理对天线性能的影响。目前应用到天线设计中的分形结构除了常见的Sierpinski垫、Sierpinski毯、Koch曲线、Minkowski曲线等几种外，还有一些新的分形结构。A.　Azari，　J.　Rowhan将六边形衍生出的分形结构应用到了天线设计中，设计出的分形天线具有低轮廓，重量轻，易于制作等特点，并且具有多频和宽带的特点。③J.　Vemagiri，　M.　Balachandran，　M.　Agarwal等人将半个Sierpinski三角形垫片分形结构利用到电子标签的设计中，产生了较好的效果。④

国内对分形天线的研究起步较晚，研究的深度和广度不及欧美。目前，国内对分形天线的研究总体上仍要落后于国外，但也已有不少优秀的成果问世。据了解，国内的一些高校和研究机构如清华大学和西安电子科技大学对分形天线进行了一系列研究。⑤⑥另外，任帅、张广求等人利用分形结构设计了共面波导馈电的分形缝隙天线⑦和具有陷波特性的超宽带缝隙天线，⑧屠振等人将Minkowski分形环应用于八木天线设计中，使天线尺寸得以缩减。⑨侯申茂、何焰蓝等人从仿真模拟和实验测试的角度研究了以Minkowski为边界的微带分形天线。⑩田铁红、周正利用Ensemble7.0对Sierpinski三角形垫片状的微带贴片天线进行了仿真设计与特性分析。　罗阳、朱守正等人利用加载了1阶Koch曲线的1阶Sierpinski三角垫片结构设计了一种新型的RF-MEMS开关的混合分形可重构天线，使其在不同状态下均具有多频特性和可重构性。　曾宪锋、张晨新等人利用弧形分支树状分形采用简单的巴伦馈电结构设计了一种偶极子天线，发现二阶分形的工作频率和0阶分形降低了37.5%。　Wen-Ling　Chen、Guang-Ming　Wang等人提出并实验研究了印有分形槽的微带线馈电宽缝隙天线，研究发现该天线可以有效地提高工作带宽。

2　研究方法

（1）理论研究。目的是建立分形天线性能与分形几何参数之间的关系。（2）借助现代化技术手段如计算机软件等进行分形天线图形的设计和生成。目前可以用来设计和分析天线模型的电磁仿真软件比较多，功能也普遍比较强大，如CST、AnSoft　HFSS、Zeland、IE3D、NEC等等。（3）探讨有效的仿真数值方法。目前常用的方法包括矩量法（MoM）、有限元法（FEM）和时域有限差分法（FDTD）以及其他数值方法。像上面说的Zeland、IE3D软件是基于MoM的，而AnSoft　HFSS则是基于FEM的。（4）实验研究，包括测量天线输入阻抗、天线增益、回波损耗、电压驻波比、极化特性和方向图等参数，并与仿真结果比较。

3　结束语

分形理论在科学研究与工程应用中受到了越来越多的重视，包括分形电动力学和分形天线工程。分形天线在移动通信、超宽带天线、小型化天线、低副瓣天线等领域都有广泛应用，受到了越来越多研究人员的重视与研究。目前，分形天线不管是在理论研究方面还是在实际应用方面都还是一个比较新的领域，还处在发展的早期阶段，还有很多问题尚待解决，系统理论也尚未建立。还有很多相关课题值得进一步研究。

武汉工业学院工商学院校级科研项目（2010KY05）

注释

①②何庆强.Koch和Sierpinski分形天线研究[D].电子科技大学硕士学位论文，2005.

③　A.Azari，　J.Rowhani.　Ultra　Wideband　Fractal　Microstrip　Antenna　Design[J].　Progress　In　Electromagnetics　Research　C，2008，Vol.2：7-12.

④　J.Vemagiri，　M.Balachandran，　M.Agarwal，　et　al.　Development　of　compact　half　Sierpinski　fractal　antenna　for　RFID　applications[J].　IEEE　Lett，25th，October　2007，　Vol.43，No.22.

⑤　Zhengwei　Du，et　al.Analysis　of　micro-strip　fractal　patch　antenna　multiband　communication[J].　IEEE　Lett，37（13），2001：805-806.

⑥　劉英，龚书喜，傅德民.用于多频通信的微带分形贴片天线[J].微波学报，2001.17（4）：76-79.

⑦　任帅，张广求，吴启铎.一种共面波导馈电的分形缝隙宽带天线[J].测控技术，2010.29（5）：86-89.

⑧　任帅，张广求，周波.具有陷波特性的超宽带分形缝隙天线[J].现代雷达，2010.32（5）：64-66.

⑨　屠振，张广求，邢锋，等.基于矩量法的分形环八木天线的特性分析[J].微波学报，2009.25（4）：52-55.

⑩　侯申茂，何焰蓝，罗建书.　分形天线多频性及应用探讨[J].物理实验，2010.30（4）：43-46.

田铁红，周正.基于Sierpinski微带分形贴片天线的特性分析[J].无线电工程，2003.33（4）：17-19.

罗阳，朱守正，王小玲.新型RF-MEMS可重构分形天线[J].电波科学学报，2009.24（5）：869-873.

曾宪锋，张晨新，王亚伟，等.新型平面树状分形偶极子贴片天线的设计[J].电讯技术，2010.50（5）：76-79.

广播发射天线技术及应用篇4

关键词：广播发射天线,技术,应用

广播发射天线技术是广播电视领域中的核心部分,是升级和优化广播电视服务的根本所在。广播发射天线技术能够直接参与到信号发射、接收以及广播调频等工作,因而被广泛地应用与研究。广播使人们日常生活中的重要组成部分,能够为人们获得信息提供便利。广播能够实现不同信号的传输,这主要依靠广播发射天线技术。

1 广播发射天线技术概述

发射天线作为广播发射天线系统中重要的组成部分,其地位是很高的。做好发射天线的维护工作能够为广播发射天线技术的应用打下坚实的基础。一般来讲,天线增益、输入阻抗、天线极化方式及天线主瓣等是发射天线中的主要内容[1]。天线的馈线中输入的电压以及电流的比值就是输入阻抗,天线与馈线连接,最好纯电阻是天线的输入阻抗,并且与电压、电流间的比值是相同的,在这种情况下,馈线终端不会发射功率,也不会出现驻波现象。天线极化就是电场矢量端点的运动轨迹会随着时间的变化而呈现出形状、旋转的方向以及取向。

2 广播发射天线技术的原理分析

广播发射天线技术中使用的是发射天线,这与普通的线路不同,这种广播发射天线技术就是对电视广播信号进行传输、接收、转换,并最终呈现在人们面前。广播发射天线是对电磁波、图像等进行转换的重要工具[2]。广播发射天线技术的信号传输、接收及转变是通过转换器来实现的。因此,在传播信号时,如果使用广播发射天线技术,就需要对发射天线进行架设,广播发射天线为广播发射天线技术的应用提供必要的依据。

3 广播发射天线技术的应用

3.1 实际应用

广播发射天线技术已经实现了数字化的数据传输与接收,并已经被广泛的应用到一些经济发展快速的城市。随着广播发射天线技术的进步与提升,其信号接收的强度也在提升。在广播发射中,如果使用数字化的技术设备能够使其中的噪声现象得到了有效解决,提高信号的真实性以及可靠性。现今社会中,由于广播发射天线通信技术的进步,通信的数量及范围逐渐扩大,相比以前,广播与电视信号之间的干扰有所减少。此外,由于广播发射天线技术中发射天线的类型也在丰富,能够在一定程度上提高声音、图像传播的稳定性。中短波发射技术在广播发射天线技术中应用的范围比较广,这种发射技术使无线信号沿着地面进行传播,提高发射信号的稳定性[3]。在远距离的信号发射中,一般使用的是短波发射,其能够使信号的稳定性得到显著的提升。当前,中短波发射技术发射主要使用过卫星接收站、收转机等进行。广播发射天线技术已经被广泛的应用到现实的社会中。

3.2 应用管理

现今,广播发射天线技术有了良好的发展势头,广播发射的功率也逐渐增大,要想使广播发射天线技术在实际应用中获得良好的效果,就需要做好技术的应用管理。现阶段,天线架设的高度增加增高,天线和其中的部件会受到自然环境的影响,受到环境的腐蚀。天气对于信号的发射是有一定影响的,容易使信号的稳定性受到一定的影响,所以还需要提高传输信号的效果,就需要积极创新天线的检核材料,保证天线的抗腐蚀性。科学技术的快速发展,信号种类以及数量也在增多,会在一定程度上影响广播发射天线技术的应用效果,而要提高信号质量,需要积极的进行保护管理,提升其应用效果。

3.3 应用保护

在广播发射天线技术应用中还需要注意,如果保护工作不到位,传输过程中将会受到干扰,进而影响其干扰的效果。对此需要采取科学的措施,实现技术上的发展与进步,促进其广播发射天线技术的技术性得到提升,为人们提供优质的服务。此外,加强对人身以及区域的保护力度,并严格按照规定,充分考虑无线电波的传输性,明确保护措施。

4 结语

广播发射天线技术的应用能够更好地为社会以及人民群众提供服务,当前社会不断发展,新媒体日渐出现,人民群众对于信息的需求也逐渐增大,应积极加强广播发射天线技术的创新与升级,使其满足人们的实际需要。在广播发射天线技术应用中,要明确其原理和应用情况,采取有效的保护措施,保证信号的传输质量以及传输效果,进一步促进广播发射天线技术的应用与发展。

参考文献

[1]王雅琴.广播发射天线技术及应用研究[J].西部广播电视,2014(13).

[2]张林磊.广播发射天线技术及应用研究与分析[J].西部广播电视,2015(2).

广播电视发射天线技术与应用篇5

现阶段，应用于广播电台中的发射天线主要是立体声频道的发射机，这种发射机在功能上具有很大的优势，其作为一种先进的设备，可以通过直接调频和间接调频的形式在各个频道之间进行转换，操作更加方便，能够提供单声道调频和立体声道调频两个选择。

在频道的方面还具有多频道调频的优势，从而能够发挥更多的功能，多角度的满足广播电台的需求，有利于广播电台调整播出效果。

2.2 电视发射技术

在结构方面，电视发射系统与广播发射系统具有一定的相似性，只是电视发射系统中需要通过电视发射机来完成最重要的部分，其中还包含基础设备天馈线、微波机、收转机、变电站、接收站和冷却设备，这些设备共同完成电视发射技术。

神奇的“生物天线” 篇6

研究发现昆虫触角上感觉毛的长短与电磁波的波长有关，它们所接收的具有接收微弱红外线的能力。红外线是电磁波的一种，则昆虫的触角可能是一种微弱电磁波的接收天线，而昆虫触角上感觉毛是能对红外线产生谐振的谐振器。

触角种类很多，多触角有长有短，一般的长度为体长的四分之一至二分之一。但也有例外，天牛、纺织娘的触角超过了它们的体长，斑灶马的触角竟然是体长的5倍多。

昆虫种类不同，触角的样子也不相同。蝴蝶触角为圆筒形的；雄蛾的触角像羽毛；金龟子的触角一片片叠在一起像鱼鳃；蜻蜓触角的基部的第一二两节较粗，其余各节越近尖端越细；蜜蜂触角的基部特别长，其他各节弯向一旁，形状如弯着的膝盖；叩头虫的触角整个看起来就像一把锯子，每节都呈三角形；郭公虫的触角的顶部各角，膨大成锤形。

触角的妙用

不同种类的触角，其功能也不完全相同。除了常见的功能相当于“鼻子”外，有的触角还有“耳朵”的功能和其他一些功能。

蜜蜂的一根触角上分布着3600多个嗅觉器。每个嗅觉器内部都有很多神经末梢与脑神经相连，从而使它的嗅觉特别灵敏。

蚂蚁之间能分泌一种化学物质进行“语言交流”，它们将触角当“天线”，两只蚂蚁的触角相接触时，能发出一种“电码”，互相通话，交流信息。

雌蚊子拍打翅膀产生的声音具有固定的频率，雄蚊子是用触角来感觉声音的，它的触角在特定的频率上会与同类雌蚊子发出的声音形成共鸣，让它很快找到中意的伴侣。

蟑螂晚上活动时，听到轻微的脚步声或见到灯光，就敏捷地快速逃走。科学家通过实验发现，它的触角属于最敏感的一级，对极微小距离的运动都会产生信号。找食物完全靠它的嗅觉。如果剪去蟑螂的两只触角，它就会因为找不到食物而饿死。

蜗牛的头部发达，长有两对触角，一双眼睛就长在其中一对大触角的顶端；另一对小的触角，则是它的嗅觉器官。

田螺的头上有一对触角，雄性的右触角是弯曲的，而雌性的右触角却是直的。它们的左右触角为什么不一样呢？原来，田螺是雌雄异体的贝类，由于没有专门的交尾器官，雄性田螺的右触角便具备了输送精子的作用。

雄蚊子的触角特别发达，有嗅觉和听觉两种功能。触角上面生有环状排列的刚毛，基部生有“测向”器官。当雌蚊子发出350～5000赫兹频率的嗡嗡声时，声波推动雄蚊子触角上的刚毛，“感受器”随之便感知到雌蚊子声波的频率，雄蚊子就能确定雌蚊子所在的方位，于是忙着去寻找情侣。

人们一定以为，夜行性昆虫在夜里飞行时，它们的眼睛一定非常好使，实际上并非如此。它们的眼睛就是个摆设，根本看不见障碍物。原来，是触角帮了它们的大忙！它们触角上大量的感觉毛，能感受到气流的压力，从而使它们避开障碍物。昆虫这种灵敏的感觉，可比现代化的雷达探测系统还要先进。

浅谈智能天线技术及应用篇7

1、智能天线的概念及原理

智能天线是从自适应天线发展而来的, 因此, 智能天线有着与自适应天线相类似的结构 (如图1) , 它们的工作原理基本相同, 但是两者又有明显区别:自适应天线主要应用于干扰信号强度大而数量少的场合如抵消雷达系统的干扰;智能天线主要基于抵消幅度较小数量庞大的多径干扰, 比如城市地表传播, 在信号处理中它们的差异产生了各自的特色。从工作原理及其结构来说, 智能天线是由一个天线阵列和一组波束形成网络 (亦称聚束网络) 联合构成的系统。

在移动通信系统中, 天线阵列通常采用直线阵列与平面阵列两种形式。确定天线阵列的形式后, 天线单元的选择非常关键。天线单元不仅要达到本身的性能指标, 还必须具有单元之间互耦小、一致性高及加工方便的特点。

以智能天线发射过程为例:不妨设待发射M维S1 (t) , S2 (t) ……SM (t) 集合为S (t) =[S1 (t) , S2 (t) …SM (t) ]T, 智能天线阵列的方向性函数为fN (θ) , fN (θ) 的取值根据阵列选择而确定。再在N×M矩阵网络中实现复数加权系数W加权, 得到一个N维的阵列输出信号:

其中, X (t) =[X1 (t) , X2 (t) …XN (t) ]T

则可得到X (t) 在天线远区产生的场强:

智能天线用于接收信侧的工作原理与发送信侧的工作原理一致, 结构相似。

当需将信号SM (t) 发向接收方, 只需修改W (即加权网络加权系数) 为WNM即可实现该信号的辐射方向性图, 即:

2、智能天线关键技术

信号处理是智能天线结构的关键技术, 主要完成射频、中频阵列处理和数字波束形成两样功能。其中进行射频、中频阵列处理的目的是获得空间信号的参数, 这些参数主要包括信号数、信号来向、信号调制方式及频率等, 信号来向对于实现空分多址和自适应抑制干扰有着重要作用。下面分别说明射频、中频、数字波束形成。

2.1 射频部分

射频部分包括有阵列天线与高频处理。由第2节我们知道天线单元的选择是很重要, 除了必须满足系统提出的频带、驻波比、增益、极化等性能指标外, 在实际中还要做到单元间的互耦小、高度一致与加工方便等, 目前广泛应用的是微带天线。高频处理主要是指对接收或发射信号进行放大来满足A/D变换或发射功率的要求, 高频放大信号、变频和A/D转换等功能以形成数字信号这部分功能由接收通道及数据采集部分完成。目前, 受制于A/D器件抽样速率, 不能直接对高射频信号和微波信号进行采样, 必须降低采样速率, 对信号进行下变频处理, 考虑到智能天线对误差非常敏感, 还要保证射频部分各个支路幅度和相位一致。

2.2 中频部分

目前, 受数字器件水平的限制, 还未能对天线单元的微波信号直接采样, 中频阵列处理较为常用的办法是先利用下变频器将微波高频信号转换成中频, 然后使该支路的模拟信号经由滤波和放大进行中频处理, 最后再对它进行采样, 典型的实现方法有以下两种, 如图2及图3所示。

图2描述的是双下变频单路接收机实现方法, 高频信号通过混频器变换成中频信号;为调节各支路间相位与幅度的不一致而使用均衡器。双下变频单路接收机降低了A/D变换器采样速率的要求, 接收机整体增益分配更加灵活。图3描述的是直接采样单路接收机实现方法, 因使用更快速率的A/D变换器和其他一些辅助性数字器件, 采用直接以中频对信号进行采样的方式来解决信道中两路信号的适配问题。

2.3 数字波束形成部分

数字波束形成是智能天线关键技术的核心, 系统需要一个基准信号, 工作时利用射频中频高分辨率侧向算法获得通信基准信号, 有A/D转换器转换成数字信号, 处理后形成所需波束。这个过程需要有高速率数字信号处理芯片对其进行硬件支持。

数字波束形成在软件上利用收敛快、精度高的自适应算法来调整加权系数。目前在通信领域研究的算法主要有:LMS及其改进算法RLS、SMI和CMA等。

基于特征值分解的自适应数字波束形成算法越来越受到重视, 它不仅能很好地与超分辨测向算法进行统一, 还能自动校正通道不匹配、阵元位置偏差等因素所产生的误差, 但是其缺点是计算量较大。由于移动通信环境非常复杂, 各种算法都有其优缺点, 需要相互并用才能取长补短, 使系统的性能最佳。

3、智能天线在无线通信中的应用

移动通信蜂窝小区正在向着微型化、智能化的方向发展。基站距将变的更小, 分布也更加广泛, 波束跟踪则更加需要智能化、实时化。基站配置也将更灵活, 智能天线的波束形成技术将在改善地面电波传播质量和降低成本上发挥重要作用。

智能天线技术集合了多种通信知识, 包括自适应技术、微波传输技术、信号检测与信号处理等, 综合性要求很高。智能天线技术可以充分利用无线资源的空间可分性, 提高无线通信系统对资源的利用率, 并从根本上提升系统容量。经过多年发展, 智能天线已从当初单一的军事应用逐步进入民用通信应用领域, 但应该承认移动通信和个人通信应用智能天线的难度较大, 其原因在于移动的多用户、电波传播的多路径等因素造成了信号动态捕获与跟踪的难度, 移动通信和个人通信中智能天线应用较晚, 而无线接入系统尤其是固定式无线接入系统却较早应用。综上所述, 智能天线真正运用于个人无线通信系统还有很长的路要走, 但可以预见其在将来能够大放异彩。

参考文献

[1]程海云.浅谈智能天线的原理及应用[J].中国高新技术企业, 2008 (01) .

[2]滕碧红.浅析智能天线技术与多天线技术[J].科技信息 (学术研究) , 2009 (17)

[3]陈善继.智能天线在移动通信中的应用研究[J].科技信息 (学术研究) , 2008 (26) .

[4]George Tsoulos Wireless Personal Communications for the 21stCentury:European Technological Advances in Adaptive Antennas[J].1997 (9) .

广播发射天线技术应用分析篇8

关键词：广播,发射,天线

一、广播发射天线技术概述

广播作为最常见的媒体传播方式, 可以让人们获取更多自己想要了解的信息, 对社会最新动态也同时进行了解。作为一种信号传输途径, 广播发射天线要避免传输过程中的噪音影响, 使传输更加的稳定, 加强的抗干扰能力, 使传输的信息量更大。

广播的发射与接收过程实质就是电磁波的传递过程。电磁波传播的电场矢量的方向固定或旋转按照一定的规则, 称为电磁波的极化, 可分为平面极化 (水平和垂直) , 椭圆极化和圆极化。无线电波, 作为下标平面地球, 所有的平行的偏振平面和接地正常平面 (垂直平面) 的良好的广播电磁波的垂直极化波的极化波沿地面垂直极化波的覆盖范围的初生传播特性, 中波天线应能产生垂直极化的无线电波。线垂直发射的极化波要比其他方向发生的极化波的水平要小很多, 因此主要选择发射垂直型极化波。中波广播发射天线技术一般均采取的是垂直结构的振子单桅杆拉线天线铁塔, 底面部分为绝缘体材料制成, 天线并不是与铁塔底部直接相连, 而是需要经过两种装置, 即馈线以及天调网络。地网主要为以铁塔底面部分为圆心, 以1m为半径, 且深度为0.8m左右的土壤中呈现辐射状进行敷设的一种铜质网线。这主要是用来减少大地电流的损耗量, 能够确保天线辐射率保持在一个较高的水平。天线的垂直方向的图要求沿着地面的低御角部分的场强要高很多, 高仰角部分的场强一般则是要求越小越好。

二、广播发射天线技术应用

广播电视发射天线中的一个十分重要的理论就是SFA理论, 即并馈式自立铁塔中波天线理论。在铁塔的中部设置一个平台, 信号主馈线经过调配箱连接到由导线所构成的一个圆盘系统, 上述圆盘和平台可以通过很多根导线进行相连接。这与其他的中波发射天线的工作原理类似, 在铁塔下面的部分也应该敷设地网, 发射天线系统导线上的高频率电流经过平台之后主要可以分为两路。

一般广播电台中使用的都是立体声频道发射机, 这种新型的设备在功能上有很多的优势, 可以通过直接调频和间接调频的方式来实现各频道之间的转换, 在操作步骤上来说, 有单声道调频和立体声调频的双向选择。同时还有多频道调频功能, 满足各种不同的需求。

广播电视发射天线技术性能是增益、极化输入抗阻和主瓣。其中无线极化, 可以测量的电场强度, 由电场的强度来确定的无线电波发射的形式。增益作为天线产生的信号的功率密度比, 发射天线的天线增益操作的质量保证, 可以通过增加天线的增益的天线辐射范围扩大。输入阻抗作为一个复杂的阻抗的馈线的特性阻抗是不一样的操作成比例的电流和电压值, 不与供电端子连接的天线。天线的主瓣被检测到检查天线功率拍摄浓必不可少的工具, 包含主瓣的最大辐射方向的天线图案发挥显着的作用, 主要主瓣辐射功率测量的宽度。无线电和电视发射天线是一个转换器, 转换成电磁波的自由空间波和导波无线电和电视输出的图像和声音信号的相互转换, 然后通过天线发射出去后, 计算机视觉信息的处理为收视率。

三、广播发射天线技术维护

大多数的调频天线都被固定在铁塔上面, 这样就无形中增加了安装和维护的难度, 铁塔的高度有一百米多米, 而天线架在这样高的铁塔上面。各种恶略环境的影响, 都使天线的使用寿命大大缩减。作为工作管理人员, 因为实际检修的困难而无法及时的对这一现象做出处理。在内部的管理上加强工作, 当在监视机房发现馈线和驻波比不正常变化的情况时, 应该立即找到产生这一现象的原因, 并用有效的办法解决该问题。具体的方法是通过分段测量驻波比的办法来判断是否因为住馈线出故障而引起的。在经过这一步处理之后, 再对分支电缆或天线单元进行判断是否出现问题, 这项操作可以在铁塔下面或者上面进行, 这需要根据实际情况中的设备类决定。一般情况下, 遇到雨雪天气时, 天线的接头和功能器比较容易受潮, 引起这部分的电阻下降和短路情况的发生。再通过这一些的排查措施中, 针对问题适用合理的解决办法。将问题处分段的进行绝缘检查, 然后打开出问题的部分, 将其中出问题的部分吹干, 并将破损的零件换掉, 重新的对其进行密封处理。在遇到其他类型的问题时, 操作流程都是一样的, 需要保证操作的规范和安全性, 切实做到对及时有效地解决问题。

参考文献

[1]孙勇.广播电视发射天线技术及应用[J].科技传播, 2011

[2]管延发.广播电视发射天线技术及应用[J].价值土程, 2010

论广播发射天线技术及应用篇9

1 广播发射天线技术

1.1 原理

电磁波的传递和转换过程,就是广播无线信号接收、传递信息的过程。信号的传输主要是通过发射机发射的电磁波,将发射天线转变为无线电波,并按照相关的系统进行处理。电磁波极化的实现主要是指按照一定的方向和规则,电磁波传播电场矢量的过程。电磁波极化主要包括圆极化、水平极化、椭圆极化和垂直极化。其中,垂直极化包括具有初生的传播特性,正是如此,实现了中波天线垂直极化的无线电波。此外,与其他水平方向的极化波相比,垂直极化波具有较强的优势,故广播电视无线电波的发射主要采用垂直极化波。在中波天线中,一般广泛使用的是天调网络,绝缘材料制成的馈线等,实现了天线与铁塔底部达到分离的目的。在广播发射天线系统中,馈线、地网、天线及天调网络是影响其工作效率及工作正常运行的主要因素。

1.2 广播发射天线传输技术特点

在广播发射天线传输的过程中经常会出现非线性失真及电流失真等问题,这也体现了广播传输天线技术的特点及转换。广播发射天线传输技术的特点主要有:传输的频率振幅特性、FM噪音、调试设备的音频功能、传输音频及内在的电磁波杂音。

1.3 广播发射技术

广播电台中主要使用的调频形式是立体声频道发射机,与传统的调频广播相比,该设备具有立体间的调频和双向选择单声道的优势;此外,广播发射技术还能在间接和直接调频的形式间来回转换,广播发射技术还具备多频道的功能,这样可有效地提高信号传播过程中的质量和广播电台的工作效率,减少广播电视中经常出现噪音杂音、失真及串信等现象。

2 广播电视发射天线技术的实际应用

广播电视发射天线很多时间都是用在中短波发射技术上。中短波发射最重要的设备就是发射机和天馈线。在广播电视传送过程中,传送的设备具体有卫星接收站、微波机、收转机等。电源配置部分有变电站和配电间。在冷却设备中的冷风系统也起到了主导的作用。最不能忽视的就是监测监听设备,各种设备组成了一个强大的广播电视发射天线中短波发射结构。在中波一百多个频道中,无线电波沿着地面传播,因为地面传播的稳定性、抗干扰性和信号质量比其他路径相对比较好;在短波的使用中,它和中波有很大的区别,短波主要是用在国际广播中,中短波技术是最为重要的。下面以中波广播发射天线为例探讨发射天线技术:并馈式自立铁塔中波天线SFA采用的是自立铁塔作为支持,可以根据具体的需要把铁塔设计成各种形状,铁塔的周围的很多导线上端与铁塔平台相连,这也是它与普通铁塔不同的地方,导线的下端连接在铁塔的底部,这样做的主要目的是发挥馈电作用。

并馈式自立铁塔中波天线SFA

导线上的高频率电流通过铁塔平台的时候分成了两股电流,整个设备是一个很高的辐射体,ABD三者之间形成了一个短路状态,他们三者之间组成了短路线,可以得出输入抗阻公式:

当h=β/4时,Zin就会趋向于无穷大,i2为0,i=i1;当h≠β/4时,就相当于在信号源与天线之间并联一个无损耗纯电抗;但是,它会降低天线的辐射率。其实就是高频能量通过并联一个电抗去激励天线。天线是直流接地,高频并非直接接地。

SFA辐射场形完全可以按照垂直单极振子来计算。

垂直面方向图计算式:

水平方向计算公式:

由此可得:=2/β,H是铁塔的高度,是射线仰角是水平方位角K是常量。

垂直方向和水平方向的计算方式的应用技术现在非常成熟,在国内并馈式自立中波天线的应用也很广泛,且作用越来越高。

3 广播发射天线技术的应用维护

3.1 针对外界环境阻碍广播发射天线应用的问题,提出以下解决方案。

(1)由于外界腐蚀而使天线本身导电将天线内原有的稳定磁场打乱,因此天线外边必须用绝缘材料进行包裹。

(2)在安装天线时应该在天线周围装设加固、保护装置,这不仅能提高天线的安全性,还能提高天线的美观性,避免了因外物侵袭、挤压而使天线发生变形影响天线功能,

(3)定期对天线进行质量检查,以减少天线因外界产生的质量问题。

(4)安装电线前必须根据当地的气候条件计算出天线的限制高度,不要一味地追求较高的信号传输性能而舍弃了天线的安全性和使用寿命,同时还要考虑到风力对天线的影响。

3.2 现故障时及时维修

科学技术的有限性,零件使用的损耗性,使广播发射天线在使用过程中产生各种各样的质量问题。这就要求天线工程的技术人员和管理人员应该定期对天线的运行情况进行分析,并采取多种手段维护天线的性能。检测维修人员应在天线运行出现明显异常时,及时了解天线的主馈线上播发射天线技术的广泛应用已经改变了人们的生活方式,相信它也能给我国的广播电视行业带来更多惊喜。

的驻波比频率,一旦发现频率出现异常就说明天线受到了较强的磁场干扰,要及时找到干扰源并排出干扰;如果驻波比频率没有出现异常,维修人员就要借助维修经验和专业的检测软件运用排除法找到故障所在并进行维修。

广播发射天线具有特殊性,如其服务群体比较庞大,人员比较复杂,一旦出现问题就不仅会造成重大损失,也会增加维修费用所以必须注重电线的日常的清理、检测和管理。

4 结语

广播发射天线的应用极大地增加了广播电视节目服务的受众人群,在一定程度提高了我国人民的文化娱乐生活水平。本文简要介绍了广播发射天线的应用原理,分析了当前环境下广播发射天线的应用实践。同时,提出了广播发射天线应用实践中的维护问题,以提高广播发射天线应用水平,确保我国广播电视行业的发展。广

参考文献

[1]张林磊,周玲,张可非.广播发射天线技术及应用研究与分析[J].西部广播电视,2015(2).

[2]李江华.广播发射天线技术及应用研究[J].西部广播电视,2015(2).

[3]王伟,宋德振,孟杰.广播发射天线技术应用分析[J].中国新通信,2014(04).

[4]刘斌,彭志刚,朱久鑫.广播发射天线技术的应用[J].西部广播电视,2014(18).

[5]李丽.广播发射天线技术及应用[J].黑龙江科技信息,2012(6).

应用高斯波束理论设计波束波导天线篇10

随着人类太空探测的深入,深空探测天线技术也不断改进,波束波导天线(Beam Waveguide—BWG)以其自身的特点越来越多地应用于深空网(Deep Space Network—DSN)。波束波导是由周期性排列的透镜或反射镜组成的波导结构,其职能就是把BWG天线焦点的能量,有效地传输到固定的装有接收机和发射机的地面建筑内的一点,因此就不需要高费用的旋转箱,解决了与此有关的空间限制的困难。不同类型的波束波导有不同的传输损耗和不同的频率适用范围。透镜型适用于光波,双反射镜型适用于微波,单反射镜型适用于毫米波和亚毫米波。下面着重讨论双反射镜型波束波导[1]。一般一个双反射镜型BWG系统由4块反射镜组成:2块平板(C、D),2块曲板(A、B),由一屏蔽管包围。

1 设计过程

(1) 天线参数要求

主反射面直径:Dm=34 m;

副反射面直径:Ds=34 m;

主反射面焦距:f=10.88 m;

主反射面边缘对其焦点F的半张角:θv=76°;

频率:f=8 GHz。

(2) 波束波导几何参数的确定

为减少副反射面在主面开口孔径处的漏失,天线的主反射面开口孔径应尽可能地小,为了达到这个目的,需要将副反射面的第2个焦点置于主反射面顶点,且必须使波束经过BWG系统第4块反射镜后的腰部位于主反射面顶点处。由此可以求得:

·副面距主面顶点距离:L1=10.506 m;

·副面边缘对其第2个焦点的半张角:θm=8.126°;

·假定初级馈源喇叭对副反射面边缘照射电平为-20 dB,则喇叭辐射内径ah=295.6 mm;喇叭半张角θ0=3.86°;

·偏置抛物面的偏置角为90°;

·偏置抛物面辐射口径选择45λ,即Df=1 687.5 mm;

·偏置抛物面焦距 $f = \frac{D_{f}}{4 \tan θ_{1}} = 2 781$ mm;

·2偏置抛物面之间间隔选择 $0.0948 \frac{D_{f}^{2}}{λ}$ ,即LH=7 200 mm。

2 计算结果与分析

通过上一节的分析,已经得到此BWG系统基本参数,本节将给出波束经过上述BWG系统反射镜的特征值、波束由喇叭射出至第1块曲板反射镜A的截获效率ηsA、由曲面板射出的波束被曲面板B截获的效率ηsB以及曲面板A和B处的反射效率等等。鉴于目前波束波导多用于深空探测或卫星通信,而这些系统中的初级馈源多用波纹喇叭,因此在下面的研究中以波纹喇叭为代表。为了简化计算,典型讨论处于平衡状态的波纹喇叭馈源。

2.1 高斯波束对辐射场的描述

假设在电场极化为 $\hat{y}$ 方向时,波纹喇叭口面处特征参数为[2]:

$\frac{ζ_{0}}{a_{h}} = 0.4550, (1)$

有 ζ0=0.4550ah=134.498 mm, (2)

R0=Rcap=2727.6780。 (3)

则其腰部特征值为:

$W_{0} = \frac{ζ_{0}}{\sqrt{1 + [\frac{k ζ_{0}^{2}}{R_{0}}]^{2}}} = 89.9740$ , (4)

$z_{0} = \frac{R_{0}}{1 + [\frac{R_{0}}{k ζ_{0}^{2}}]^{2}} = 1507.0917$ 。 (5)

根据(0,0)模基本表达式,喇叭辐射场高斯主模描述为:

$E_{i} (0, 0) = \frac{1}{W_{0} ζ_{i} (z)} e^{- j k z} e^{j a r c t a n \frac{z}{k W_{0}^{2}}} \times$

e-jkρ2i2Rie-ρ2i2ζi(z), (6)

式中, $ζ_{i} (z) = W_{0} \sqrt{1 + (\frac{z}{k W_{0}^{2}})^{2}}$ , (7)

$R_{i} = z [1 + (\frac{k W^{2}}{z})^{2}]$ , (8)

$\begin{array}{l} ζ_{i} = ζ_{r} ‚ \\ \frac{1}{R_{r}} = \frac{1}{R_{i}} - \frac{1}{d_{i}} - \frac{1}{d_{r}} 。 \end{array} (9)$

dr为反射波束所经过的焦点与主波束轴入射点间距离,在本系统中dr=∞;di为入射波束所经过的焦点与主波束轴入射点间的距离,本系统中di=2f抛物面;z为波束距腰部距离,单位mm。

反复应用式(4)、(5)、(7)、(8)和(9),得到不同地方的高斯波束特征值如表1所示。

2.2 反射面截获效率

① A处截获效率可用下面公式求得:

$η_{s A} = \frac{\int \begin{array}{l} 2 π \\ 0 \end{array} d ϕ \int \begin{array}{l} \frac{D_{f}}{2} \\ 0 \end{array} E_{i} \cdot E_{i}^{*} ρ d ρ}{\int \begin{array}{l} 2 π \\ 0 \end{array} d ϕ \int \begin{array}{l} \infty \\ 0 \end{array} E_{i} \cdot E_{i}^{*} ρ d ρ}$ 。 (10)