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Digital TV Antenna

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Principles of TV Anttenna

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天線重要參數 銘傳大學 電腦與通訊工程學系 蕭宇廷 助理教授 ythsiao@mcu.edu.tw 2007/12/17 1 Antenna • A usually metallic device (as a rod or wire) for radiating or receiving radio waves. • A means for radiating or receiving radio waves 2007/12/17 2 1 The fundamental relation of electromagnetic radiation I z = qlvz dI z dt = ql dvz dt = ql a z l dIz dt = lql dvz dt = lqlaz Create radiation, there must be a time-varying current or an acceleration (deceleration) of charge 2007/12/17 3 Radiation Mechanism (1/2) 2007/12/17 4 2 Radiation Mechanism (2/2) 2007/12/17 5 Radiation theory • If a charge is not moving, current is not created and there is no radiation. • If charge is moving with a uniform velocity: a. There is no radiation if the wire is straight, and infinite in extent. b. There is radiation if the wire is curved, bent, discontinuous, terminated, or truncated. • If charge is oscillating in a time-motion, it radiated even if the wire is straight. 2007/12/17 6 3 天線的基本原理 2007/12/17 7 電波振盪發射圖(1/2) 2007/12/17 8 4 電波振盪發射圖(2/2) 2007/12/17 9 天線的發射 • 天線的發射主要是肇因於電波的振盪,天線的發 射特性可以用它的電流分佈來取得。 • 在遠場時,天線的發射場可以用下式表示: ∫∫∫ → A= μ → J e− jkR dv' v' → 4Rπ GG E,H E = − jω (A− rˆrˆ⋅ A) η → H= 1 G rˆ× E J o 2007/12/17 10 5 天線的工作原理(1/4) 2007/12/17 11 天線的工作原理(2/4) 2007/12/17 12 6 天線的工作原理(3/4) 2007/12/17 13 天線的工作原理(4/4) 2007/12/17 14 7 半波長及短偶極天線的藕合電流 2007/12/17 15 半波長偶極天線電波振盪發射圖 2007/12/17 16 8 Wire V.S. Antenna 2007/12/17 17 • 無線電發射機輸出的射頻信號功率,通過 饋線(電纜)輸送到天線,由天線以電磁 波形式輻射出去。電磁波到達接收地點 後,由天線接下來(僅僅接收很小很小一 部分功率),並通過饋線送到無線電接收 機。可見,天線是發射和接收電磁波的一 個重要的無線電設備,沒有天線也就沒有 無線電通信。 2007/12/17 18 9 天線之分類 (1/2) • 天線品種繁多,以供不同頻率、不同用途、不同 場合、不同要求等不同情況下使用。 • 對於眾多品種的天線,進行適當的分類是必要 的: • 按用途分類,可分為通信天線、電視天線、雷達 天線等 • 按工作頻段分類,可分為短波天線、超短波天 線、微波天線等; • 按方向性分類,可分為全向天線、定向天線等; • 按外形分類,可分為線狀天線、面狀天線等; 2007/12/17 19 天線之分類(2/2) 2007/12/17 20 10 不同種類的天線(1/4) 2007/12/17 21 不同種類的天線(2/4) 2007/12/17 22 11 不同種類的天線(3/4) 2007/12/17 23 不同種類的天線(4/4) 2007/12/17 24 12 基本的天線單元 2007/12/17 25 短偶極天線的近場圖及發射場變 化表 2007/12/17 • 圖一為Eθ方 向近場; • 圖二為Er方 向近場 26 13 短偶極天線隨距離的發射場變化 2007/12/17 27 短偶極天線的能量 • 在r=λ/(2π) =0.16λ的範 圍內,屬共振 範圍大部份的 能量在這個區 內共振 2007/12/17 28 14 細長線偶極天線的電流分佈 2007/12/17 29 半波長偶極天線 2007/12/17 30 15 全波長偶極天線 2007/12/17 31 1.5波長偶極天線 2007/12/17 32 16 在接地面上的四分之一波長單極 天線及其變形 2007/12/17 33 二分之一波長偶極天線及其變形 (1/2) 2007/12/17 34 17 二分之一波長偶極天線及其變形 (2/2) 2007/12/17 35 寬頻偶極天線及其變型 2007/12/17 36 18 單極天線及其變型(1/2) 2007/12/17 37 單極天線及其變型(2/2) 2007/12/17 38 19 單一傳導波的大小及相位變化及 具單一傳導波特性的天線 2007/12/17 39 短偶極天線及迴路天線的比較 2007/12/17 40 20 迴路天線的遠場圖及方向性(1/2) 2007/12/17 41 迴路天線的遠場圖及方向性(2/2) 2007/12/17 42 21 圓型喇叭天線(截面天線的一種) 2007/12/17 43 方型喇叭天線(截面天線的一種) 2007/12/17 44 22 喇叭天線的參數 2007/12/17 • 這個圖可以 代表E或H平 面的喇叭天 線參數,通 常E平面加註 E:θE 、 aE 、 δE ;而 H平面加註 H: θH 、 aH 、 δH 45 半波長偶極天線作為平板反射天 線的饋入 • 將半波長偶極天線作 為平板反射天線的饋 入,經適當的選擇, 可以得到較原來半波 長偶極天線高的方向 性,在這個例子中方 向性為5 2007/12/17 46 23 兩個相距半波長偶極天線作為平 板反射天線的饋入 • 將半波長偶極天線作為平板 反射天線的饋入,經適當的 選擇,可以得到較原來半波 長偶極天線高的方向性,如 果再進一步設計為雙偶極天 線陣列,則方向性可以更 高,在這個例子中方向性為 10 2007/12/17 47 0.8波長領帶偶極天線作為90º角 板反射天線的饋入 • 適當的選擇相關 參數,偶極天線 與90º角板反射天 線可以得到更高 的方向性,由於 90º反射角板的反 射,使這個天線 組相當於四個天 線的陣列 2007/12/17 48 24 拋物面反射天線 • 拋物面反射天線在高頻下 是一個高方向性的天線, 它的方向性與波長及天線 的大小有關 2007/12/17 D = 28( r )2 λ 49 絕緣體凸透鏡天線 2007/12/17 • 絕緣體凸透鏡天 線與拋物面反射 天線類似,它的 方向性與波長及 天線的大小有關 D = 28( r )2 λ 50 25 合成絕緣棒天線 2007/12/17 51 YAGI-UDA天線 2007/12/17 52 26 螺旋型天線 2007/12/17 53 螺旋寬頻天線 2007/12/17 54 27 對數枝節寬頻天線 2007/12/17 55 單一的Patch天線 2007/12/17 56 28 一個Patch天線陣列 2007/12/17 57 不同天線陣列組方向性比較(1/2) 2007/12/17 58 29 不同天線陣列組方向性比較(2/2) 2007/12/17 59 圓柱型偶極天線 2007/12/17 60 30 圓柱型偶極天線輻射圖 2007/12/17 61 雙錐形偶極天線 2007/12/17 62 31 轉折式偶極天線 2007/12/17 63 具接地面的單極天線 2007/12/17 64 32 小型天線 2007/12/17 65 圓形迴路天線 2007/12/17 66 33 圓形迴路天線輸入阻抗 2007/12/17 67 共振圓形迴路天線 2007/12/17 68 34 共振圓形迴路天線幅射圖 2007/12/17 69 圓形極化微帶天線 2007/12/17 70 35 圓形極化平板天線陣列 2007/12/17 SLOT天線 2007/12/17 71 72 36 ANNUAL SLOT天線 2007/12/17 73 漏波天線 2007/12/17 74 37 漏波天線 2007/12/17 75 並列SLOT天線 2007/12/17 76 38 導波式漏波天線 2007/12/17 77 長的線性天線 2007/12/17 78 39 表面波天線 2007/12/17 79 End-Fire天線 2007/12/17 80 40 進端藕合偶極天線 2007/12/17 81 不同模式的螺旋天線 2007/12/17 82 41 螺旋天線的輻射場(1/3) 2007/12/17 83 螺旋天線的輻射場(2/3) 2007/12/17 84 42 螺旋天線的輻射場(3/3) 2007/12/17 85 螺旋天線的增益及旋度比 2007/12/17 86 43 螺旋天線的增益及旋度比 2007/12/17 87 旋錐型寬頻天線 2007/12/17 88 44 LOG旋錐型寬頻天線 2007/12/17 89 Cavity-Backed Archimedean Spiral-1 2007/12/17 90 45 Cavity-Backed Archimedean Spiral-2 2007/12/17 91 喇叭天線 2007/12/17 92 46 Sectoral Horns 2007/12/17 93 Conical Horns 2007/12/17 94 47 Conical Horns 2007/12/17 95 雙模喇叭天線 2007/12/17 96 48

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