[科普中国]-正交振子天线

由两个形式相同且相互正交的对称振子构成的天线，其对称振子上的激励电流大小相等，相位相差π/2，又称为旋转场天线。（《中国大百科全书·电子学与计算机》）

简介在构成这种天线的对称振子里，最常用是半波振子，也可以用环天线（磁偶极子）或短天线（电偶极子）等形式。这种天线最初是作为超短波调频广播天线于1936年出现的。后来采用各种宽频带对称振子（例如林登布莱德振子、白劳德面振子和蝙蝠翼形振子等）构成的正交振子天线，广泛用作电视广播发射天线，其中以蝙蝠翼形振子用得最多。1

基本原理由两个短天线构成的正交振子天线，在以短天线所在平面为参考面的θ方向和时间t 时Ecos(ωt-θ)。它是电场在某一方向θ于某一时刻t时可达到的最大值。因此，天线辐射电场的有效方向图是一个圆。在某一时刻，天线的方向图呈8字形，与单个短天线的相同，在一个周期内，该8字形绕天线的中心杆旋转一周（图1b），因而这种天线也称为绕杆式天线。1

正交振子天线在振子所在平面的辐射场为线极化；在该平面法线方向为圆极化；在其他方向为椭圆极化，极化椭圆的轴比随方向不同而变化。由半波振子构成的正交振子天线在振子所在平面的方向图近似圆形。若将对称振子水平放置，则水平面的方向图近似为一圆，正好满足一般电视、广播的需要，因而得到广泛应用。电视、广播天线要求在垂直面的方向图尖锐一些，为此可将几副这样的正交振子天线沿垂直方向以0.5～1倍工作波长的间距叠架成正交振子天线阵。1

电视发射天线要求有良好的宽频带特性，即应该保证在整个通频带内有良好的匹配，否则会因电波的反射而在电视机上出现重影。为了获得宽频带特性，应该设法增大对称振子的横截面积。蝙蝠翼形振子（图2a）能够较好地满足这种要求。为了减小承风面积和重量，振子面做成栅条形。馈电点在2处，两端在3处短路，于是在2和3间形成驻波，2点处的电压最高。如果把振子框架的水平部分看成是几个水平对称振子，则在2点的振子最短，它的阻抗很大，因而振子上的电流较小。从2点到3点，振子逐渐变长，虽然驻波的电压逐渐变小，但因对称振子的输入阻抗减小快而使振子上的电流仍然逐渐加大，所以上下两端的对称振子起主要作用。在与振子面相垂直的H平面上的方向图如图2b，z相当于垂直方向，x相当于水平方向。蝙蝠翼形振子的输入电阻约为130～153欧，输入电抗不大于±10欧。对天线通频带宽窄起主要作用的是在中间部分的收缩尺寸。天线杆1的粗细也会影响天线的阻抗和方向特性，因此，若单从电性能上考虑，杆径应该尽量小些，但应保证足够的机械强度，一般选择为0.1～0.15λ，最大不超过0.2λ。1

制作材料蝙蝠翼形振子和天线杆一般都是用钢管做成，在表面上镀锌以防腐蚀。蝙蝠翼形振子有时也镀铜或用合金钢材料制作。2

主要优点正交蝙蝠翼形振子天线的主要优点是：2

①通频带宽度可达20%～25%；

②驻波系数小于1.1；

③不需用介质绝缘子，振子与天线杆的固定很牢靠；

④有较大的功率容量；

⑤轴向辐射小。2

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所