??? 摘 要： 針對發射天線" title="發射天線">發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" title="雙補償技術">雙補償技術。該方法將補償位置轉移到了天線的饋線" title="饋線">饋線系統內，不需要對單元天線做特別復雜的改進。利用雙補償技術設計了復式正交環天線。
??? 關鍵詞： 雙補償技術 擴頻技術 發射天線
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??? 目前電視發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。由于發射天線的電參數要求很高，現行電視發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的天線。要將相鄰頻道的信號用同一天線發射，首先就要展寬天線的帶寬。基于這種考慮，在不改變目前常用電視發射天線形式的基礎上，本文提出了一種新型的陣列天線饋電形式——雙補償技術。理論和實際測量結果均顯示雙補償技術可以大幅度地擴展天線帶寬，應用雙補償技術的復式正交環天線的相對帶寬擴展到了25%以上。
1 雙補償技術
??? 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為中心頻率所對應的波長)，通過調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A點的阻抗為R+jX，則B點的阻抗為R-jX。將這兩條傳輸線并聯，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：
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??? 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，兩個二元陣功率平均分配，回波大小相同、相位相差π，可實現反相相抵消，這樣實現了第二次補償。將上述饋線連接方法稱為天線的雙補償技術。
2 數值模擬與分析
??? 為了驗證上述思想，下面用FDTD方法對如圖2所示的饋線網絡模型進行數值模擬。其中(a)是雙補償匹配網絡結構示意圖，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第一次補償。這兩組在其相交點上實現了第二次補償。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。仿真結果如圖3所示。
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圖3中，VSWR1為雙補償饋電網絡駐波圖，VSWR2為常規饋電形式駐波圖。由圖可以看出，駐波系數以1.1為上限，雙補償饋電網絡的阻抗帶寬為30MHz，而常規饋電形式則只有10MHz。雙補償技術使天線的帶寬大幅度拓展。雙補償饋電網絡使得天線的駐波波谷點向低頻移動，是由盒式接頭的應用引起的。同時可以看到，在整個模擬頻帶內的駐波都有不同程度的改善。
3 應用雙補償技術的復式正交環天線
為了驗證雙補償技術應用于天線配線時的效果，筆者設計了V波段電視發射天線——復式正交環天線，如圖4所示。整個天線由一空心支柱支撐，單元天線1、2為一組正交環天線二元陣；單元天線3、4為一組正交環天線二元陣。兩組二元陣通過雙補償饋電網絡與饋電端口相連。圖5為復式正交環天線的實測駐波系數圖。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波段單圓環天線的相對帶寬一般只有5％～10％。經過實測，本文設計所用的單環天線常規饋電形式下的相對帶寬僅為5％。由此可見，應用雙補償技術可大幅提高天線的帶寬。
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圖6所示為復式正交環天線垂直方向圖" 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表現出較好的一致性。
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?? ?本文提出了一種新型饋電的方法——雙補償技術，主要是在饋電匹配網絡中實現兩次回波相消從而實現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用頻帶內的各種電參數具有較好的一致性。此項技術在更高頻段上的應用正在進一步的實驗中。
復式正交環天線發射試驗結果非常好，已經用于電視臺。
參考文獻
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