专利名称：：水平极化波天线的基本特性及波幅乘方天线的制作方法
技术领域：
：本发明涉及水平极化波的广播电视等无线电通信设备天线的基础理论定理和波幅乘方接收天线或天线阵。水平极化波的广播电视等无线电通信设备的发射天线和接收天线，尤其是电视广播的接收天线。辐射和接收电磁波能量源的有源振子，有半波振子、X形振子、扇形振子等L形有源振子天线；还有半波折合振子、圆环振子、框形振子等O形有源振子天线。中国1985年出版的《无线电爱好者手册(上)》第439页的论文《电波与天线》，其中，提出了“天线的互易特性”理论定理，研究论证了L形半波振子天线的基本特性和基础理论，测试论定的半波振子天线的几何长度2L＝(1-Δ％)λ/2，功率增益比值GP＝1.64倍，电平增益BP＝2.15dB；半波折合振子天线的电气长度2L和最大接收功率Pmax的计算公式与半波振子相同，而它的最大感应电压Umax是半振子天线的2倍；圆环振子天线的与两个相距0.27λ半波振子天线等效，功率增益BP＝3.15dB。现有技术对有源振子天线的论证，为天线的技术设计提供了基础理论依据。由于天线的互易特性定理，是在测试半波振子作为发射天线时的技术参数后，作出缺乏全面论证的理论推导的定理，所以，现有有源振子天线的技术理论和技术参数，是在有源振子作为发射天线时，测试得出的技术参数，然后运用天线的互易特性定理，互易为接收天线的技术参数的理论结果。这种测试互易的方法，在中国杂志《无线电》1983年第5期第16页刊登王国强、蔡志莹编写的《圆环天线》论文中，也有更加明确的论述和记载。天线的互易特性定理出现的片面性，是对有源振子天线的基本特性缺乏全面的认识和论证，如上这种测试互易的方法简便易得，导致这种具有片面性的定理理论延误至今，也是现行水平极化波通信天线的有源振子应用失误的主要原因。尤其是广泛涉及千家万户电视接收机的接收天线，多以O形半波折合振子和圆环振子为主体地应用于接收天线的失误，包括中国专利H01Q96206956.6，同样是以O形有源振子为主体的接收天线。这些O形有源振子接收天线，接收频道信号的功率增益或灵敏度低，影响了电视广播的有效接收距离、有效接收范围和接收信号再现的质重效果，有碍于广播电视等无线电通信向高频段的扩展，并且造成有源振子的原材料倍量地消耗和浪费。因此，现行电视广播通信迫面转向高难度、高消耗的天线放大器、增设差转台和闭路电视有线化的方向发展。本发明的目的是要重新认识水平极化波通信天线的基本特性，创新研究有源振子天线的基础理论，纠正天线的互易特性定理和天线理论的片面性，提出对称振子天线的互易与互逆特性理论定义，优化水平极化波通信天线有源振子的设计和应用，研究广播电视天线优化应用的L形对称振子天线、节幅波对称振子接收天线和波幅乘方接收天线，完善水平极化波通信天线的基础理论研究。它能够纠正天线的互易特性定理和天线理论存在的片面性，为天线的优化设计和优化应用提供正确的基础理论依据，提高设计天线辐射和接收电磁波能量的效率，显著地提高接收天线的功率增益，促进广播电视通信沿着无线通信的方向发展。本发明是这样实现的发射天线与接收天线有对称性，即发射天线与接收天线相同时，两种天线的增益系数、方向性系效、特性阻抗等参数，L形有源振子具有相同的互易性，O形有源振子具有负相的互逆性，这种对称性称为天线的互易与互逆特性；O形有源振子，作为发射天线与其作为接收天线时，辐射功率增益BP与最大有效接收功率增益BP，相互形成发射天线的3.01dB～BP～-3.01dB的接收天线的互为相反的负相的互逆特性，作为接收天线具有的接收功率的短路中和与输出功率的并联分流中和损耗共存，接收效率37.5％≤η≤50％，是O形有源振子接收天线具有的基本特性；功率增益优化发射天线和接收天线的有源振子，发射天线优选O形圈环振子的辐射功率增益较高，接收天线优选L形对称振子的接收功率增益较高，O形折合振子的辐射功率增益与L形对称振子相同，接收功率增益低于或等于L形对称振子，高于O形圆环振子；L形对称振子，作为发射天线和接收天线的输入功率与输出功率，呈振子开路的电流串联特性，具有天线的互易特性，振子的电气长度、功率增益和方向性，与工作频道低端波长相关，功率增益和方向性受工作频道低端波长制约，半波对称振子的电气长度2L与工作频道低端波长λD为0＜2L≤λD/2，金波对称振子的电气长度2L与工作频道低端波长λD为2L＞λD/2，振子的方向性与电气长度和工作频道低端波长相关，电气长度2L＞λD时，振子出现最大功率增益的方向倾斜；缩短L形对称振子天线的金属导体长度，增加中心馈电接口宽度，保持其电气长度不变，接收频道信号的功率增益系数和方向性系数不变，将L形对称振子双臂的金属导体长度，分截为多节长度相等或不相等的节金属导体，节金属导体之间保持有效量的间距，节金属导体长度左右对称地依序排列成一付L形对称振子整体形式，使每一对称的节金属导体双臂形成一付相对独立的对称振子天线，通过对称振子的节金属导体，将电磁波波长的半波或全波的电场振幅信号能量，划分为不同幅度的波幅信号接收合成，称之为节幅波对称振子接收天线；波幅乘方天线或天线阵单元，是以L形对称振子为基本单元的天线，包括设计量的半波、全波和节幅波对称振子基本单元的组合，基本对称振子单元或节幅波对称振子单元的电气长度相同(或不相同)时，波幅乘方天线接收频道信号的功率增益比值，等于各对称振子单元功率增益比值的乘方(或乘积)，乘方次等于基本对称振子单元或节幅波对称振子单元的总量，各单元对称振子的金属导体长度和电气长度宜相互对称相等，波幅乘方天线的功率增益受其电气长度制约，总电气长度与单元对称振子电气长度和单元量相互制约，总体设计的单元对称振子的最佳电气长度，优化设计在同频段的高频道上为全波对称振子单元或全波的节幅波对称振子单元；与波幅乘方天线相联接的波段识别离合器，可以有识别电感器、识别电容器和合成线路组合。O形有源振子的各种形式，是以折合振子为基础的演变，因此，折合振子的基本特性，是O形有源振子具有的共性。可以将折合振子上下两个水平段相同的长度，等效为两个相同的L形对称振子LA和LB，左右两个垂直段相同的折合宽度为LC和LD，LA的中心是电压波节点O，LB的中心是馈电接口间距W。作为发射天线时，折合振子对输入辐射功率的高频电流呈并联闭合回路状态，高频电流瞬时的正负值，由等效振子LB的中心馈电接口W输入，顺沿其双臂导体向两则延伸扩展，分别经LC和LD到等效振子LA的中点O中和为零，在等效振子LA和LB的周围，建立起瞬时的电场或磁场。由于等效振子LA和LB的输入高频电流瞬时值大小相等，LA和LB周围建立起的辐射场电场或磁场的瞬时强度EA和EB、或HA和HB也相等，即EA＝EB或HA＝HB。因此，EA+EB＝2EA或2EB，HA+HB＝2HA或2HB。所以，O形折合振子输出的辐射功率是等效振子LA或LB的2倍，电平增益BP＝3.01dB。在振子的输入阻抗相同的条件下，给有源振子输入相同的辐射功率时，O形折合振子的输出辐射功率是L形有源振子的2倍。作为接收天线时，折合振子的等效振子LA和LB的电气长度相同，特性阻抗也相同，对应接收水平极化波的电场振幅信号，在等效振子LA和LB的双臂金属导体上，分别感应生成两个大小相等的感应电动势EA和EB，即EA＝EB，或EA+EB＝2EA或2EE，因此，O形折合振子接收电磁波感应的接收功率是等效振子LA或LB的2倍。O形折合振子接收功率的短路中和特性与接收功率的最小无效输出功率。在折合振子的等效振子LA电压波节点O为中心的左右双臂上，感应生成瞬时感应电动势EA的高频电流正负值。由于电压波节点O是等效振子LA的左右双臂直接贯通、联结一体的中心点，形成感应电动势EA瞬时值的正负高频电流直接通路的短路导体，因此，等效振子LA为感应高频电流的短路导体。在等效振子LA的双臂上，接收电磁波电场振幅信号的感应生成瞬时感应电动势高频电流的正负值，随即流向电压波节点O中和为零，使振子LA接收功率的输出成为无效输出功率。由于O形折合振子接收电磁波电场振幅信号的感应电动势EO＝EA+EB，所以，O形折合振子接收功率的最小无效输出功率Pmim＝50％。O形折合振子接收功率的最大有效输出功率。在折合振子的等效振子LB的双臂上感应生成瞬时感应电动势EB的高频电流正负值由中心馈电接口W输出，经馈线传输给接收设备或电视机。因此，由中心馈电接口W输出的接收功率，是O形折合振子接收功率的有效输出功率。当等效振子LB的接收功率全部由中心馈电接口W输出时，即为O形折合振子接收功率的最大有效输出功率。O形折合振子接收天线的最大接收功率增益。在O形折合振子的等效振子LA和LB上，感应生成的感应电动势EA和EB相等，LA和LB上的接收功率PA和PB也相等。假如O形折合振子的接收功率等于2W，即PA+PB＝2W时，O形折合振子接收功率的最大有效输出功率，是等效振子LB的接收功率PB，由于等效振子LB的接收功率PB＝1W，所以，O形折合振子接收功率的最大有效输出功率比为PB/(PA+PB)＝0.5，因此，O形折合振子接收功率的最大有效输出功率增益或最大接收功率增益比值GP＝0.5，电平增益BP＝-3.01dB。O形折合振子作为发射天线与其作为接收天线时，辐射功率增益BP与接收功率的最大有效输出功率增益BP，相互形成两个互为相反的负相的互逆性增益系数，即发射天线的3.01dB～BP～-3.01dB的接收天线，这就是O形有源振子天线具有的互逆特性。O形折合振子接收天线输出功率的并联分流中和特性。折合振子金属导体几何长度的LA、LC和LD，并联在等效振子LB的双臂上形成LA、LC和LD的特性阻抗串联后，再与LB的特性阻抗并联。LB双臂上感应电动势的高频电流，流向中心馈电接口W输出有效功率的同时，也分别由双臂的外侧端，经LC和LD流向LA到电压波节点O中和为零，形成LB输出并联的无效功率分流，降低了O形折合振子接收功率的有效功率输出。O形折合振子接收功率的短路中和与输出功率并联分流中和损耗共存的特性，是O形有源振子接收天线具有的基本特性。O形有源振子天线的接收效率，是接收天线的有效输出功率与接收功率的比值。O形有源振子的接收效率η由下述经验式计算η=0.375Ln2Lad0.5Ln2Lad-0.875Ln2Lad+ln2Lad-2×100%]]>式中，La等效振子LA或LB的电气长度(mm)；Lc折合振子的折合宽度LC或LD(mm)；d折合振子导体直径(mm)。假设接收天线折合振子的导体直径d＝10mm，折合宽度LC或LD＝80mm，设计工作于1频道上的等效振子LA或LB的电气长度为2696mm，运用上述经验式计算出折合振子接收效率η≈40.64％，即为该折合振子的有效输出功率是接收功率的0.4064，有效接收电平增益BP≈-3.91dB。O形有源振子天线接收功率的最小有效输出功率或最小接收效率。当O形折合振子天线的折合宽度LC和LD均为零时，O形折合振子天线接收功率的有效输出功率最小。由于等效振子La与Lb的电气长度相同，它们的特性阻抗也相同，所以，O形折合振子天线的最小有效输出功率是接收功率的0.375，即O形折合振子接收天线的最小接收效率ηmin＝37.5％，最小接收效率时的电平增益BP＝-4.26dB。O形折合振子接收功率的最大有效输出功率，是等效振子LB的接收功率，等效振子LB的接收功率与L形对称振子相同。因此，O形折合振子的最大有效接收功率和方向性，与等效振子Lb的电气长度和工作频道低端波长相关，具有与L形对称振子相同的特性。L形有源振子的直线形对称振子，与O形有源振子的折合振子和圆环振子，是现行水平极化波通信天线较常用的天线，而圆环振子和折合振子的应用更为广泛。在研究得出O形有源振子具有天线的互逆特性的基础上，结合现有技术有关的基础理论，列出运算经验式，对这三个典型的有源振子天线，分别作为发射天线与其作为接收天线时的功率增益系数作出分析和优化。圆环振子辐射场电场强度或接收功率经验计算式E0=ZwP/Rπ2λ(0.25+1π2)3/2(1+k),(V/m)]]>式中，Zw自由空间波阻抗，其值约为376.819437Ω；P输入振子的辐射功率；R振子的输入阻抗，圆环振子输入阻抗R＝108Ω；λ工作频道中心波长(m)；k磁化率，设取k＝1。L形对称振子辐射场电场强度或接收功率经验计算式式中，L对称振子单臂电气长度(m)；测试点与对称振子平面中心的夹角，常取＝90°。折合振子辐射场电场强度或接收功率，是运用L形对称振子辐射场电场强度或接收功率经验计算式计算值的2倍。以9频道中心波长λ9＝1.539m为设计技术规格依据，作为发射天线时，分别给L形对称振子、O形折合振子和圆环振子输入辐射功率P＝1W，运用上述经验式计算得出天线的辐射场电场强度为L形对称振子辐射场电场强度EL≈3.223v/m；O形折合振子辐射场电场强度EU≈3.223v/m；O形圆环振子辐射场电场强度E0≈5.732v/m。作为接收天线时，假设接收点电场强度E＝1v/m，运用上述经验式计算得出天线的接收功率P为L形对称振子的接收功率PL≈0.096276w；O形折合振子的接收功率PU≈0.096276w；O形圆环振子的接收功率PO≈0.030437w。上述计算得出的结果，结合O形有源振子接收天线的短路与分流中和的基本特性，作为发射天线时，优选O形圆环振子的辐射功率增益较高；作为接收天线时，优选L形对称振子的接收功率增益较高。O形折合振子作为发射天线的辐射功率增益与L形对称振子相同，作为接收天线的接收功率增益低于或等于L形对称振子，高于O形圆环振子。L形对称振子发射天线和接收天线的输入与输出功率，呈振子开路的电流串联传输特性，具有天线的互易特性。L形对称振子天线的电气长度、功率增益和方向性，与工作频道低端波长相关。L形对称振子的电气长度设定时，其功率增益和方向性受工作频道低端波长制约。当L形对称振子电气长度2L与工作频道低端波长λD为0＜2L＜λD/2时，功率增益比值GP0.5是其电气长度2L的2倍与半波振子电气长度2L的比值的平方，即GP0.5=[4L(1-Δ%)λ/2]2]]>。当L形对称振子电气长度2L与工作频道低端波长λD为2L＝λD/2时，功率增益比值GP0.5的计算与上式相同，功率增益系数达到L形半波对称振子天线的最高值，功率增益比值GP0.5≈1.94～2.11倍，电平增益BP0.5≈2.87～3.24dB。当L形对称振子电气长度2L与工作频道低端波长λD为λD＞2L＞λD/2时，功率增益比值GP，是其电气长度2L的2倍与工作频道低端波长λD的比值与L形半波对称振子功率增益比值GP0.5的乘积，即GP＝GP0.54L/λD。当L形对称振子电气长度2L与工作频道低端波长λD为2L≥λD时，功率增益比值GP是L形半波对称振子功增益比值GP0.5的平方，即GP＝GP80.5。功率增益系数达到L形对称振子天线的最高值，即功率增益比值GP≈3.75～4.44倍，电平增益BP≈5.74～6.47dB。L形对称振子电气长度0＜2L≤λD/2时，称为半波对称振子天线；2L＞λD/2时，称为全波对称振子天线。L形对称振子天线的电气长度0＜2L≤λD时，与振子轴向相垂直方向上的功率增益最高。L形对称振子天线的电气长度2L＞λD时，振子的最大功率增益方向出现倾斜，倾斜夹角α，是振子倾斜的轴向与电磁波传播方向之间的角度，是以工作频道低端波长λD与电磁波传播方向相平行的波长宽度平行线，将全波对称振子电气长度2L容纳于平行线内为限。振子倾斜的轴向与电磁波传播方向的角度α，可由α经验式计算得出。即L形对称振子天线的电气长度2L为λD＜2L＜2λD时，与振子轴向相垂直方向上的功率增益下降，在振子水平方向上，出现前后各两个相互对称的四个功率增益相同的倾斜方向。当L形对称振子电气长度2L≥2λD时，与振子垂直方向上的功率增益为零，在振子的水平方向上，出现前后各两个相互对称的四个倾斜方向上的功率增益最高。L形对称振子接收天线的电气长度与振子的金属导体长度和中心馈电接口宽度相关，电气长度等于金属导体长度与馈电接口宽度之和。同一对称振子，缩短其金属导体长度，增加馈电接口间距，振子的电气长度不变，接收频道信号的功率增益系数和方向性系数也保持不变。L形节幅波对称振子接收天线，对天线面言，是将L形半波或全波对称振子双臂金属导体长度，分截为多节长度相等或不相等的金属导体节数，节金属导体之间保持0.5cm～20cm范围的间距，节金属导体长度按照左右对称地依序排列成半波或全波的节幅波对称振子整体形式，使每节对称的金属导体双臂，形成一付相对独立的对称振子天线，一付半波或全波的对称振子天线，是多付电气长度不等的半波或全波对称振子天线的组合整体。对电磁波而言，是将信号波长的半波λD/2或全波λD的电场振幅，通过振子金属导体节长度，划分为不同幅度的波幅信号接收合成。节幅波对称振子电气长度等于节金属导体长度、节金属导体之间的间距与中心馈电接口宽度之和。节幅波对称振子接收频道信号的电平增益BP是L形对称振子的1.13倍，方向性与L形对称振子相同。波幅乘方天线，是一付L形对称振子天线，又是若干半波、全波和节幅波的对称振子基本单元的组合。单元对称振子，是乘方天线的基本对称振子单元，是一付半波或全波的对称振子天线，各个单元又相互构成半波或全波的节幅波对称振子天线，从而组合成一付波幅乘方天线的整体，使一付L形对称振子天线，能够接收信号频道波长的节幅波、半波、全波和倍波的电场振幅信号，以提高天线接收电磁波电场能量源的感应转换。在接收电磁波电场能量时，依据对称振子的电气结构特点，将电磁波电场振幅倍号，划分为电场振幅的节幅波、半波、全波和倍波的理想波幅形态接收的天线，亦称为波幅接收天线。1～n个基本对称振子单元或1～n个节幅波对称振子单元的电气长度相互不相同时，波幅乘方天线接收频道信号的功率增益比值GP，等于各个对称振子单元或各个节幅波对称振子单元功率增益比值GP1～n的乘积，即GP＝GP1。GP2…GPN；1～n个基本对称振子单元或1～n个节幅波对称振子单元的电气长度相互相同时，波幅乘方天线接收频道信号的功率增益比值GP，等于单元对称振子功率增益比值GP1～n的乘方，乘方次等于对称振子单元总量1～n，即GP＝GP1、2…n1～n。波幅乘方天线的方向性，由基本对称振子单元电气长度、或节幅波对称振子单元电气长度与接收频道低端波长决定，因此与L形对称振子天线的方向性相同。波幅乘方天线电气长度的臂长La和Lb，等于节金属导体长度La1～n和Lb1～n与它们之间的间距K(或为单元对称振子中心馈电接口宽度K或W)之和。波幅乘方接收天线各单元对称振子的金属导体长度和电气长度，宜相互对称相等，以使各单元对称振子相互之间构成节幅波对称振子的金属导体长度和电气长度，也相互对称相等。波幅乘方接收天线的电气长度与单元对称振子的电气长度和单元量相互制约。波幅乘方接收天线的功率增益与其电气长度相关，又与基本对称振子单元电气长度及单元量相关，还与单元对称振子相互之间构成节幅波对称振子单元电气长度及单元量相关。波幅乘方天线总体设计的单元对称振子的最佳电气长度，优化设计在同频段的高频道上为全波对称振子单元或全波的节幅波对称振子单元。波幅乘方天线接收信号频道的功率增益，受天线的电气长度和单元对称振子电气长度及单元量制约。在可能的条件下，增加天线的电气长度和基本对称振子单元量，可有效地提高天线接收频道信号的功率增益。一付电视接收机使用的波幅乘方天线，设计的电气长度为288cm时，在接收VL频段信号频道上，为半波和全波的节幅波对称振子天线，功率增益比值GP≈1.98～3.74倍，电平增益BP≈2.96～15.73dB。在接收VH频段信号频道上，为全波的节幅波对称振子平方天线，功率增益比值GP≈13.02～19.3倍，电平增益BP≈11.15～13.0dB。在接收U频段信号频道上，为全波对称振子四方天线，功率增益比值GP≈220.8～334.0倍，电平增益BP≈23.44～25.0dB。任何一座大型的天线阵，都是由众多基本单元有源振子的组合。一付为基本单元的波幅乘方天线电气长度为724cm时，在接收VL频段信号频道上，为全波的节幅波对称振子平方天线，功率增益比值GP≈5.79～15.68倍，电平增益BP≈7.76～12.0dB。在接收VH频段信号频道上，为半波和全波的节幅波对称振子八方天线，功率增益比值GP≈91.9～1021倍，电平增益GP≈19.63～30.09dB。在接收U频段信号频道上，为全波对称振子十六方天线，功率增益比值GP≈2.45×106～1.26×1010倍，电平增益BP≈63.89～101.0dB。波幅乘方天线的优化设计方法。取波幅乘方天线的电气长度2L＝7m±0.5m时，这个长度大于VHF甚高频VL频段1频道的低端波长λD1＝6.1856m，因此，可以将天线在VL频段上设计为两个基本对称振子单元的平方天线La和Lb。依据在同频段的高频道上为金波对称振子单元的优化设计方法，将两个基本对称振子单元的电气长度La和Lb，均设计在VL频段5频道低端波长λD5≈3580mm上，加上两单元对称振子LLa和LLb之间的间距W＝80mm，波幅乘方天线的总电气长度2L＝7240mm。基本对称振子的单元量优化设计，可以运用设计单元对称振子的电气长度，计算工作频段的高、低频道功率增益及功率增益平均值的方法，进行比较优选确定。波幅乘方天线工作在VL频段上，设计为2单元对称振子的平方天线，单元对称振子VLa和VLb的电气长度均为2L＝3580mm，且与VL频段5频道低端波长λD5相等。VLa和VLb的中心馈电接口宽度或间距K＝80mm，单臂金属导体长度LD＝1750mm。工作在VL频段的1～5频道上为全波对称振子天线单元。在VH频段上，波幅平方天线单元对称振子的单臂金属导体长度LD＝1750mm，略小于VH频段6频道低端波长λD6＝1796.4mm，大于12频道低端波长λD12＝1395.3mm，可以将平方天线单元对称振子的单臂金属导体长度LD，直接设计为两个对称振子单元。这样的设计，工作在VH频段上的波幅乘方天线，即成为8个基本对称振子单元总量的八方天线。八方天线的基本对称振子单元的电气长度2L＝855mm，中心馈电接口宽度或间距K，取值K＝40mm，单臂金属导体长度LD＝407.5mm。工作在6、7频道上为半波对称振子单元，工作在8～12频道上为全波对称振子天线单元。在UHF特高频段上，波幅八方天线的单元对称振子单臂金属导体长度LD＝407.5mm，略小于U频段13频道低端波长λD13＝636.9mm，大于68频道低端波长λD＝315.8mm，仍可将八方天线单元对称振子的单臂金属导体长度LD，直接设计为一个对称振子单元。这样的设计，工作在U频段上的波幅乘方天线，即设计成为16个基本对称振子单元总量的十六方天线，十六方天线的基本对称振子单元的电气长度2L＝407.5mm，中心馈电接口宽度或间距K，取值K＝20.375mm，单臂金属导体长度LD＝190mm。工作在U频段的13～68频道上为全波对称振子单元天线。波段识别离合器。与波幅乘方天线相联接的波段识别离合器，是波幅乘方天线接收电磁波感应生成的感生高频电流，通过波段识别离合器的识别、分离、选通与合成，传输给信号接收放大机。波段识别离合器可以有识别选通电感器、识别选通电容器和合成线路组合。识别选通高频信号电流的电感器，可以是电感线圈，电感线圈的技术规格参数选取或制作，是以选通频段及其以下频段高频信号电流，及分离和阻隔选通频段以上的高频信号电流为限，识别电感器分离选通频段高频信号电流的最大感抗XLmax取值0＜XLmax≤11.359Ω，分离和阻隔选通频段以上的高频信号电流的最小感抗XLmin取值Xmin≥14.54Ω。识别选通电感器为空心电感线圈时，电感线圈的匝数、线圈直径和导线截面直径，由下述经验式计算N=XL2πfμ0R(LnRr0-1.75),(T)]]>式中，f正弦交流电的频率(HZ)；μo真空磁导率，μo＝4π×10-7(H/m)；R空心线圈圆环的半径(m)；ro线圈导线截面的半径(m)。识别选通高频信号电流的电容器的技术规格参数选取或制作，是以选通频段及其以上频段高频信号电流，及分离和阻隔选通频段以下的高频信号电流为限。识别电容器分离和阻隔选通频段以下的高频信号电流的最小容抗XCmin取值XCmin＞720Ω，分离选通频段高频信号电流的最大容抗XCmax取值720Ω＜XCmax≤950Ω。本发明提出的水平极化波对称振子天线的互易与互逆特性理论定义，能够纠正天线的互易特性定理存在的片面性，使有源振子天线具有的基本特性定理得以完善；研究论证的L形有源振子和O形有源振子的对称振子天线，在作为发射天线与其作为接收天线具有的基本特性，为优化设计对称振子天线类形的选用，提供了科学的基础理论依据；对L形对称振子天线的基础研究，能够使L形对称振子天线的基础理论得以返本还原和完善补充，L形对称振子天线的电气长度、功率增益和方向性，受工作频道波长的制约，以及它们之间的相互关系的基础理论研究，是能够以L形对称振子接收天线劣汰O形有源振子接收天线的科学理论为依据，从而提高设计天线的技水性能，实现节省金属导体等原材料消耗达50％以上；研究论证的波幅乘方天线，是L形对称振子天线和节幅波对称振子天线的技术组合，它能够将电磁波电场振幅信号，划分为节幅波、半波、全波或倍波的波幅接收，从而提高天线接收频道信号的接收功率和功率增益，并能够随着接收信号频道的升高，天线的功率增益也相应地提高，这对水平极化波电场能量的传播损耗和高频放大设备电子器件特征频率的影响是有效的补偿，有利于现有的电视广播等无线电通信频率向高频段扩展，还能省去电视接收天线的放大器插入，由此避免造成接收信号频率的失真和引入干扰，并能节省生产天线放大器的大量物资和电能的消耗，促进广播电视等无线电通信事业的迅速发展；研究设计的波段识别离合器，能够识别分离不同频段信号频率的高频信号电流，使一付L形对称振子天线，能够设计成为节幅波、半波、全波和倍波兼容的对称振子乘方天线，实现天线功率增益比值上升的乘方律。下面结合附图给出的实施实例对本发明的波幅乘方天线和波段识别离合器作进一步地说明。图1是本发明的一座较大型天线阵基本单元电气长度1/2的波幅乘方天线电气结构原理图。图2是本发明与波幅乘方天线1/2电气长度相对应联接的波段识别离合器的原理图。波幅乘方天线设计为电视频道天线阵的基本单元，占空宽度为7m±0.5m，设计的技术规格为总电气长度2L＝La+Lb+W＝7240mm；单臂电气长度L＝La+W/2＝Lb+w/2＝3620mm；金属导体长度LD≈190mm；节导体总量32节；金属导体直径取值范围d＝10～24mm；中心间距W＝80mm；中心馈电接口宽度或间距K的取值范围VL频段K＝80mm±20mm；VH频段K＝40mm±20mm；U频段K＝20mm±10mm。由于波幅乘方天线以馈电接口或间距W为中心，其左右双臂La与Lb的电气长度和技术结构完全对称相同，所以，附图1仅绘出其中一臂的电气长度La，作为说明波幅乘方天线的电气结构和技术结构的实例。工作在VL频段上，波幅乘方天线的节金属导体La1～8和La0～16，组合为节幅波对称振子单元VLa的双臂。Ka3是节幅波对称振子VLa双臂的中心馈电接口间距，Ka1～7和Ka9～15，分别为双臂节金属导体之间的间距。节幅波对称振子单元VLa与VLb组合成节幅波对称振子两个单元的平方天线。工作在VH频段上，波幅乘方天线的节金属导体La1、La2与La3、La4，La5、La6与La7、La8，La9、La10与La11、La12，La13、La14与La15、La16，分别组合为4个节幅波对称振子单元的双臂，即VHA1、VHa2、VHa3和VHa4的4个单元节幅波对称振子。Ka2、Ka6、Ka10和Ka14，分别为4个节幅波对称振子单元的中心馈电接口间距。Ka1与Ka3，Ka5与Ka7，Ka9与Ka11，Ka18与Ka16，分别为4个节幅波对称振子单元双臂的节金属导体之间的间距。Ka4、Ka8和Ka12，为节幅波对称振子单元之间的间距。La与Lb组合的节幅波对称振子单元总量为8单元，所以，波幅乘方天线工作于VH频段上为8单元节幅波对称振子的八方天线。工作在UHF特高频段上，波幅乘方天线的节金属导体La1与La2，La3与La4，La5与La6，La7与La8，La9与La10，La11与La12，La13与La14，La15与La16，分别为8个对称振子基本单元的双臂，即La组合为Ua1～8的8个基本对称振子单元。Ka1、Ka3、Ka5、Ka7、Ka9、Ka11、Ka13和Ka15，分别为8个基本对称振子单元的中心馈电接口间距。Ka2、Ka4、Ka6、Ka8、Ka10、Ka13和Ka14，分别为8个基本对称振子单元之间的间距。La与Lb的基本对称振子单元总量为16单元，所以，波幅乘方天线工作于U频段上为16单元基本对称振子的十六方天线。设计波幅乘方天线阵基本单元天线的功率增益系数列于下表</tables>附图2给出的波段识别离合器实施实例，与附图1给出的波幅乘方天线阵的基本单元天线相对应。波段识别离合器可以有电感器L、电容器C和合成线路组合。识别选通波段高频信号电流的电感器L，可以是空心线圈的电感器。选用空心线圈的电感器L时，绕制频段空心线圈的匝数可以运用经验式N计算得出。采用高强度漆包线绕制，导线直径取值0.4mm～0.6mm范围，线圈直径4mm～6mm范围时，则有识别选通VL频段及其以下高频信号电流的电感线圈LL的匝数绕制在4.6T～45T范围；识别选通VH频段及其以下高频信号电流的电感线圈LH的匝数绕制在1.8T～17.5T范围。识别选通波段高频信号电流的电容器C，可以是标准产品系列电容器，也可以是金属导体和绝缘材料制作的电容器件。识别选通VH频段及其以上高频信号电流的电容器CH，宜取值容量在CH＝1.0p～2.4p范围；识别选通U频段及其以上高频信号电流的电容器CU，宜取值容量在CU＝0.35p～0.99p范围。本发明的波幅乘方天线与波段识别离合器，在作为接收天线时是这样工作的。波幅乘方天线在接收VHF甚高频的VL频段和VH频段电磁波电场信号时，波幅乘方天线的VLa和VLb为节幅波对称振子平方天线，是对称振子天线在接收空间电磁波电场能量时，依据对称振子天线的电气结构特点，将电磁波波长的电场振幅信号，分为电场振幅波的节幅波、半波、全波和倍波的理想形态方式接收。在接收VL频段1～5频道的电磁波电场振幅信号时，对称振子的节金属导体La1～8与La9～16、Lb1～8与Lb9～16，分别组合成电气长度相同、左右对称的二付节幅波对称振子VLa和VLb天线单元。在节幅波对称振子VLa的双臂La1～8和La9～16上，金属导体La8与La9、La7与La10、La6与La11、La5与La12、La4与La13、La2与La14、La2与La15、La1与La18，分别构成电气长度不同、馈电接口间距不同、左右对称的8付对称振子天线。金属导体La1～16或(Lb1～16)接收电磁波电场振幅信号能量源，感应生成的高频信号电流，分别由波段识别离合器的馈线、识别选通电感器LL和LLH，分离取出同臂节金属导体上同向端的VL频段1～5频道的高频信号电流合成，传输给电视接收机的1～5频道电视信号电流。节幅波对称振子VLa或VLb的双臂上，同臂节金属导体上反向端的同频道反相高频信号电流，由于受波段识别离合器的波段识别分离电容器CHU、CU和CH，及波段识别分离电感器LH的隔离作用，使金属导体上同向端同频道的同相高频信号电流，只能从节金属导体的同向端取出合成输出，而不能从节金属导体的反向端取出同频道的反相高频信号电流，避免造成正负相反的相互抵消合成中和。从而保证了对称振子节金属导体La1～18或Lb1～18，分别组合的两付相同的8个对称振子，接收同一频段信号频道波长的电场振幅信号后，由波段识别离合器的识别、分离和选通，取出相同频段的频道信号电流合成，使La与Lb组合为VL频段上的VLa和VLb两付相同的节幅波对称振子平方天线。在接收VH频段6～12频道的电磁波电场振幅信号时，节幅波对称振子VLa(或VLb)的节金属导体La1～4、La5～8、La9～12和La13～16，分别组合为VHa1、VHa2、VHa3和VHa4的4付电气长度相同的节幅波对称振子天线单元。VHa1的节金属导体La2与La3、La1与La4，VHa2的节金属导体La6与La7、La5与La8，VHa3的节金属导体La10与La11、La9与La12，VHa4的节金属导体La14与La15、La13与La16，分别构成电气长度不同、馈电接口间距不同、左右对称的各两付对称振子天线。金属导体La1～16(或Lb1～16)接收电磁波电场振幅信号能量源，感应生成的高频信号电流，分别由波段识别离合器的馈线、识别选通电感器LLH、LH，及识别选通电容器CH、CHU，分离取出各个同一对称振子同臂节金属导体上同向端的VH频段6～12频道高频信号电流合成，传输给电视接收机的6～12频道电视信号电流。节幅波对称振子VHa1、VHa2、VHa3和VHa4的双臂上，同臂节金属导体上反向端的同频道反相高频信号电流，由于受波段识别离合器的波段识别分离电容器CU及波段识别分离电感器LL的隔高作用，使金属导体上同向端同频道的同相高频信号电流，只能从同向端取出合成输出，而不能从反向端取出同频道的反相高频信号电流，避免造成正负相反的相互抵消合成中和。从而保证了对称振子节金属导体La1～16或Lb1～16，分别组合的8付相同的16个对称振子，接收同一频段信号频道波长的电场振幅信号后，由波段识别离合器的识别、分离和选通，取出相同频段的频道信号电流合成，使La与Lb组合为VHa1～4和VHb1～4的8付相同的节幅波对称振子八方天线。在接收U频段13～68频道的电磁波电场振幅信号时，节幅波对称振子VLa(或VLb)的节金属导体La1与La2、La3与La4、La5与La6、La7与La8、La9与La10、La11与La12、La13与La14、La15与La16，分别组合为Ua1、Ua2、Ua3、Ua4、Ua5、Ua6、Ua7和Ua8的8付电气长度相同的基本对称振子天线单元。金属导体La1～16(或Lb1～16)接收电磁波电场振幅信号能量源，感应生成的高频信号电流，分别由波段识别离合器的馈线和识别选通电容器CU、CBU，分离取出各个基本对称振子单元的同向臂节金属导体上，同向端的U频段13～68频道的高频信号电流合成，传输给电视接收机的13～68频道电视信号电流。基本单元对称振子Ua1～8的金属导体上，反向端的同频道反相高频信号电流，由于受波段识别离合器的波段识别分离电感器LH、LL的隔离作用，使金属导体上同频道的同相高频信号电流，只能从同向端取出合成输出，而不能从金属导体的反向端取出同频道的反相高频信号电流，避免造成正负相反的相互合成中和。从而保证了对称振子节金属导体La1～16或Lb1～16，接收同一频段信号频道波长的电场振幅信号后，由波段识别离合器的识别、分离和选通合成的组合，使La与Lb组合为Ua1～8和Ub1～8的16付相同的基本对称振子单元的十六方天线。权利要求1.水平极化波的广播电视等无线电通信设备天线的基本特性理论定理和L形对称振子天线的基础理论及波幅乘方接收天线或天线阵，中国1985年出版的《无线电爱好者手册(上)》第439页第七章的论文《电波与天线》，本发明的特征是，发射天线与接收天线有对称性，即发射天线与接收天线相同时，两种天线的增益系数、方向性系数、特性阻抗等参数，L形有源振子具有相同的互易性，O形有源振子具有负相的互逆性，这种对称性称为天线的互易与互逆特性；O形有源振子，作为发射天线与其作为接收天线时，辐射功率增益BP与最大有效接收功率增益BP，相互形成发射天线的3.01dB～BP～-3.01dB的接收天线的互为相反的负相的互逆特性，作为接收天线具有的接收功率的短路中和与输出功率的并联分流中和损耗共存，接收效率37.5％≤η≤50％，是O形有源振子接收天线具有的基本特性；功率增益优化发射天线和接收天线的有源振子，发射天线优选O形圆环振子的辐射功率增益较高，接收天线优选L形对称振子的接收功率增益较高，O形折合振子的辐射功率增益与L形对称振子相同，接收功率增益低于或等于L形对称振子，高于O形圆环振子；L形对称振子，作为发射天线和接收天线的输入功率与输出功率，呈振子开路的电流串联特性，具有天线的互易特性，振子的电气长度、功率增益和方向性，与工作频道低端波长相关，功率增益和方向性受工作频道低端波长制约，半波对称振子的电气长度2L与工作频道低端液长λD为0＜2L≤λD/2，全波对称振子的电气长度2L与工作频道低端波长λD为2L＞λD/2，振子的方向性与电气长度和工作频道低端波长相关，电气长度2L＞λD时，振子出现最大功率增益的方向倾斜；缩短L形对称振子天线的导体长度，增加中心馈电接口宽度，保持其电气长度不变，接收频道信号的功率增益系数和方向性系数不变，将L形对称振子双臂导体长度，分截为多节长度相等或不相等的节导体，节导体之间保持有效的间距，节导体长度左右对称地依序排列成一付L形对称振子整体形式，使每一对称的节导体形成一付相对独立的对称振子天线，通过对称振子的节导体，将电磁波的半波或全波的电场振幅能量，划分为不同幅度的波幅信号接收合成，为之节幅波对称振子接收天线；波幅乘方天线或天线阵单元，是以L形对称振子为基本单元的天线，包括设计量的半波、全波和节幅波对称振子基本单元的组合，基本对称振子单元或节幅波对称振子单元的电气长度相同(或不相同)时，波幅乘方天线接收频道信号的功率增益比值，等于各对称振子单元功率增益比值的乘方(或乘积)，乘方次等于基本对称振子单元或节幅波对称振子单元的总量，各单元对称振子的导体长度、电气长度可以是相互对称相等，波幅乘方天线的功率增益受其电气长度制约，总电气长度与单元对称振子电气长度和单元量相互制约，总体设计的单元对称振子的最佳电气长度，优化设计在同频段的高频道上为全波对称振子单元或全波的节幅波对称振子单元；与波幅乘方天线相联接的波段识别离合器，可以有识别电感器、识别电容器和合成线路组合。2.依据权利要求1所述的O形有源振子的接收效率，是接收天线的有效输出功率与接收功率的比值，接收效率η的经验计算式为η=0.375Ln2Lad+0.5La2Lcd-0.875Ln2Lad+Ln2Lcd-2×100%.]]>3.依据权利要求1所述的功率增益优化发射天线和接收天线有源振子的辐射场电场强度E(或接收功率P)经验计算式，圆环振子的EO(或PO)，L形对称振子的EL(或PL)，折合振子的EU(或PU)，折合振子是运用EL(或PL)计算式计算值的2倍，计算式有E0=ZwP/Rπ2λ(0.25+1π2)3/2(1+k),(V/m),]]>4.依据权利要求1所述的L形对称振子的电气长度和功率增益与工作频道低端波长相关，当0＜2L≤λD/2时，功率增益比值GP0.5=[4L(1-Δ%)λ/2]2,]]>功率增益系数在2L＝λD/2时达到L形半波对称振子的最高值，当λD＞2L＞λD/2时，功率增益比值GP＝GP0.54L/λD，功率增益系数在2L≥λD时达到L形全波对称振子的最高值；L形对称振子的电气长度2L＞λD时，根子的最大功率增益方向出现倾斜，倾斜夹角α是振子倾斜的轴向与电磁波传播方向之间的角度，是以工作频道低端波长λD与电磁波传播方向相平行的波长宽度平行线，将全波对称振子电气长度2L容纳于平行线内为限。振子倾斜角度α的经验计算式为5.依据权利要求1所述的波段识别离合器，识别电容器是以选通频段及其以上频段高频信号电流，及分离和阻隔选遥频段以下的高频信号电流为限，取值容量可以是0＜C≤2.4P，可以是标准产品系列的电容器识别电感器，可以是电感线圈，为电感线圈时取值匝数，是以选通频段及其以下频段高频值号电流，及分离和阻隔选通频段以上的高频信号电流为限，电感线圈的匝数、线圈直径和导线线面直径的经验计算式为N=XL2πfμ0R(LoRr0-1.75),]]>全文摘要水平极化波通信天线的基础理论和波幅乘方天线,是要纠正天线的互易特性定理和基本特性理论的片面性,重新认识、创新和完善有源振子的基础理论。发明研究电视接收的波幅乘方天线,是若干半波、全波和节幅波对称振子组合的一副L形对称振子天线,实现接收功率增益提升的乘方律,一副电视接收天线的频段功率增益分别为:V文档编号H01Q9/00GK1179635SQ9710138公开日1998年4月22日申请日期1997年2月28日优先权日1997年2月28日发明者杨谊胜申请人:杨谊胜