??? 摘 要： 針對發(fā)射天線" title="發(fā)射天線">發(fā)射天線帶寬受限的問題，提出了一種新型的擴頻方法——雙補償技術(shù)" title="雙補償技術(shù)">雙補償技術(shù)。該方法將補償位置轉(zhuǎn)移到了天線的饋線" title="饋線">饋線系統(tǒng)內(nèi)，不需要對單元天線做特別復(fù)雜的改進。利用雙補償技術(shù)設(shè)計了復(fù)式正交環(huán)天線。
??? 關(guān)鍵詞： 雙補償技術(shù) 擴頻技術(shù) 發(fā)射天線

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??? 目前電視發(fā)射天線主要采用十字天線或蝙蝠翼天線或者是其陣列形式。由于發(fā)射天線的電參數(shù)要求很高，現(xiàn)行電視發(fā)射天線單天線大多只能滿足一個電視頻道的帶寬。因此，不同的頻道就要用到不同參數(shù)的天線。要將相鄰頻道的信號用同一天線發(fā)射，首先就要展寬天線的帶寬?；谶@種考慮，在不改變目前常用電視發(fā)射天線形式的基礎(chǔ)上，本文提出了一種新型的陣列天線饋電形式——雙補償技術(shù)。理論和實際測量結(jié)果均顯示雙補償技術(shù)可以大幅度地擴展天線帶寬，應(yīng)用雙補償技術(shù)的復(fù)式正交環(huán)天線的相對帶寬擴展到了25%以上。
1 雙補償技術(shù)
??? 對于單元天線，其輸入阻抗是可以準確測量的。理論上講相同天線具有相同的輸入阻抗。在連接天線的無耗傳輸線末端，其輸入阻抗隨傳輸線長度不同而變化。在史密斯原圖上表現(xiàn)為等駐波圓上的周期性變化。
　　對于兩個相同的單元天線，其中一個天線饋線長度為l，另一單元天線長度為l+λ₀/4(λ₀為中心頻率所對應(yīng)的波長)，通過調(diào)整使得從兩個天線饋線末端(接近主饋線的位置)看進去的歸一化輸入阻抗對應(yīng)于史密斯圓圖上的A、B兩點：A、B兩點在等駐波圓與實阻抗線垂直線的交點上（如圖1所示）。

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??? 假設(shè)A點的阻抗為R+j_X，則B點的阻抗為R-j_X。將這兩條傳輸線并聯(lián)，組成二元天線陣" title="天線陣">天線陣，從饋線連接處看進去二元天線陣的輸入阻抗為純電阻：。
??? 在中心頻率上，兩條饋線功率平均分配，而回波大小相同、相位相差π，正好反相相抵消，這樣可實現(xiàn)一次補償。然后，將另外兩個相同的單元天線按照上述原理組成另外一個二元陣，饋線長度分別為l+λ₀/4和l+λ₀/2，其輸入阻抗仍舊為Z0。最后，將兩個二元陣并聯(lián)，兩個二元陣功率平均分配，回波大小相同、相位相差π，可實現(xiàn)反相相抵消，這樣實現(xiàn)了第二次補償。將上述饋線連接方法稱為天線的雙補償技術(shù)。
2 數(shù)值模擬與分析
??? 為了驗證上述思想，下面用FDTD方法對如圖2所示的饋線網(wǎng)絡(luò)模型進行數(shù)值模擬。其中(a)是雙補償匹配網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖，端口1是饋電端口，通過λ₀/4同軸線在盒式接頭處與其他4個支路的同軸傳輸線末端相連。端口2、3為一組，傳輸線長度分別為l與l+λ₀/4，在相交點上實現(xiàn)第一次補償。端口4、5為一組，傳輸線分別為l+λ₀/4與l+λ₀/2，同樣是在相交點上實現(xiàn)第一次補償。這兩組在其相交點上實現(xiàn)了第二次補償。此次模擬所用的傳輸線均是特性阻抗為75Ω的同軸線。饋電端口為50Ω(寬頻)的端口，其他端口為50Ω贅的寬帶匹配負載。（b）所示為常規(guī)匹配形式示意圖：端口1（饋電端口）λ₀/2通過傳輸線（特性阻抗75Ω的同軸線）與端口2（50Ω的寬頻匹配負載）相連。仿真結(jié)果如圖3所示。

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　　圖3中，VSWR1為雙補償饋電網(wǎng)絡(luò)駐波圖，VSWR2為常規(guī)饋電形式駐波圖。由圖可以看出，駐波系數(shù)以1.1為上限，雙補償饋電網(wǎng)絡(luò)的阻抗帶寬為30MHz，而常規(guī)饋電形式則只有10MHz。雙補償技術(shù)使天線的帶寬大幅度拓展。雙補償饋電網(wǎng)絡(luò)使得天線的駐波波谷點向低頻移動，是由盒式接頭的應(yīng)用引起的。同時可以看到，在整個模擬頻帶內(nèi)的駐波都有不同程度的改善。
3 應(yīng)用雙補償技術(shù)的復(fù)式正交環(huán)天線
　　為了驗證雙補償技術(shù)應(yīng)用于天線配線時的效果，筆者設(shè)計了V波段電視發(fā)射天線——復(fù)式正交環(huán)天線，如圖4所示。整個天線由一空心支柱支撐，單元天線1、2為一組正交環(huán)天線二元陣；單元天線3、4為一組正交環(huán)天線二元陣。兩組二元陣通過雙補償饋電網(wǎng)絡(luò)與饋電端口相連。圖5為復(fù)式正交環(huán)天線的實測駐波系數(shù)圖。由圖可知，此天線陣的中心頻率為210MHz，帶寬大于50MHz，相對帶寬超過25％；而在V波段單圓環(huán)天線的相對帶寬一般只有5％～10％。經(jīng)過實測，本文設(shè)計所用的單環(huán)天線常規(guī)饋電形式下的相對帶寬僅為5％。由此可見，應(yīng)用雙補償技術(shù)可大幅提高天線的帶寬。

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　　圖6所示為復(fù)式正交環(huán)天線垂直方向圖" title="方向圖">方向圖(E面)與水平方向圖(H面)。(a)為230MHz頻率點上的方向圖; (b)為210MHz頻率點上的方向圖; (c)為190MHz頻率點上的方向圖。由圖6可見，垂直方向圖與水平方向圖在整個頻段內(nèi)表現(xiàn)出較好的一致性。
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?? ?本文提出了一種新型饋電的方法——雙補償技術(shù)，主要是在饋電匹配網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)兩次回波相消從而實現(xiàn)饋電端口上良好的寬頻帶匹配饋電。雙補償饋電方式使得單元天線的輻射特性得到充分利用，并且使天線陣在較寬的應(yīng)用頻帶內(nèi)的各種電參數(shù)具有較好的一致性。此項技術(shù)在更高頻段上的應(yīng)用正在進一步的實驗中。
　　復(fù)式正交環(huán)天線發(fā)射試驗結(jié)果非常好，已經(jīng)用于電視臺。
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