摘 要： 针对发射天线" title="发射天线">发射天线带宽受限的问题，提出了一种新型的扩频方法——双补偿技术" title="双补偿技术">双补偿技术。该方法将补偿位置转移到了天线的馈线" title="馈线">馈线系统内，不需要对单元天线做特别复杂的改进。利用双补偿技术设计了复式正交环天线。
    关键词： 双补偿技术 扩频技术 发射天线

    目前电视发射天线主要采用十字天线或蝙蝠翼天线或者是其阵列形式。由于发射天线的电参数要求很高，现行电视发射天线单天线大多只能满足一个电视频道的带宽。因此，不同的频道就要用到不同参数的天线。要将相邻频道的信号用同一天线发射，首先就要展宽天线的带宽。基于这种考虑，在不改变目前常用电视发射天线形式的基础上，本文提出了一种新型的阵列天线馈电形式——双补偿技术。理论和实际测量结果均显示双补偿技术可以大幅度地扩展天线带宽，应用双补偿技术的复式正交环天线的相对带宽扩展到了25%以上。
1 双补偿技术
    对于单元天线，其输入阻抗是可以准确测量的。理论上讲相同天线具有相同的输入阻抗。在连接天线的无耗传输线末端，其输入阻抗随传输线长度不同而变化。在史密斯原图上表现为等驻波圆上的周期性变化。
　　对于两个相同的单元天线，其中一个天线馈线长度为l，另一单元天线长度为l+λ₀/4(λ₀为中心频率所对应的波长)，通过调整使得从两个天线馈线末端(接近主馈线的位置)看进去的归一化输入阻抗对应于史密斯圆图上的A、B两点：A、B两点在等驻波圆与实阻抗线垂直线的交点上（如图1所示）。

                     
    假设A点的阻抗为R+j_X，则B点的阻抗为R-j_X。将这两条传输线并联，组成二元天线阵" title="天线阵">天线阵，从馈线连接处看进去二元天线阵的输入阻抗为纯电阻：。
    在中心频率上，两条馈线功率平均分配，而回波大小相同、相位相差π，正好反相相抵消，这样可实现一次补偿。然后，将另外两个相同的单元天线按照上述原理组成另外一个二元阵，馈线长度分别为l+λ₀/4和l+λ₀/2，其输入阻抗仍旧为Z0。最后，将两个二元阵并联，两个二元阵功率平均分配，回波大小相同、相位相差π，可实现反相相抵消，这样实现了第二次补偿。将上述馈线连接方法称为天线的双补偿技术。
2 数值模拟与分析
    为了验证上述思想，下面用FDTD方法对如图2所示的馈线网络模型进行数值模拟。其中(a)是双补偿匹配网络结构示意图，端口1是馈电端口，通过λ₀/4同轴线在盒式接头处与其他4个支路的同轴传输线末端相连。端口2、3为一组，传输线长度分别为l与l+λ₀/4，在相交点上实现第一次补偿。端口4、5为一组，传输线分别为l+λ₀/4与l+λ₀/2，同样是在相交点上实现第一次补偿。这两组在其相交点上实现了第二次补偿。此次模拟所用的传输线均是特性阻抗为75Ω的同轴线。馈电端口为50Ω(宽频)的端口，其他端口为50Ω赘的宽带匹配负载。（b）所示为常规匹配形式示意图：端口1（馈电端口）λ₀/2通过传输线（特性阻抗75Ω的同轴线）与端口2（50Ω的宽频匹配负载）相连。仿真结果如图3所示。

                     
　　图3中，VSWR1为双补偿馈电网络驻波图，VSWR2为常规馈电形式驻波图。由图可以看出，驻波系数以1.1为上限，双补偿馈电网络的阻抗带宽为30MHz，而常规馈电形式则只有10MHz。双补偿技术使天线的带宽大幅度拓展。双补偿馈电网络使得天线的驻波波谷点向低频移动，是由盒式接头的应用引起的。同时可以看到，在整个模拟频带内的驻波都有不同程度的改善。
3 应用双补偿技术的复式正交环天线
　　为了验证双补偿技术应用于天线配线时的效果，笔者设计了V波段电视发射天线——复式正交环天线，如图4所示。整个天线由一空心支柱支撑，单元天线1、2为一组正交环天线二元阵；单元天线3、4为一组正交环天线二元阵。两组二元阵通过双补偿馈电网络与馈电端口相连。图5为复式正交环天线的实测驻波系数图。由图可知，此天线阵的中心频率为210MHz，带宽大于50MHz，相对带宽超过25％；而在V波段单圆环天线的相对带宽一般只有5％～10％。经过实测，本文设计所用的单环天线常规馈电形式下的相对带宽仅为5％。由此可见，应用双补偿技术可大幅提高天线的带宽。

                            
　　图6所示为复式正交环天线垂直方向图" title="方向图">方向图(E面)与水平方向图(H面)。(a)为230MHz频率点上的方向图; (b)为210MHz频率点上的方向图; (c)为190MHz频率点上的方向图。由图6可见，垂直方向图与水平方向图在整个频段内表现出较好的一致性。
                             

    本文提出了一种新型馈电的方法——双补偿技术，主要是在馈电匹配网络中实现两次回波相消从而实现馈电端口上良好的宽频带匹配馈电。双补偿馈电方式使得单元天线的辐射特性得到充分利用，并且使天线阵在较宽的应用频带内的各种电参数具有较好的一致性。此项技术在更高频段上的应用正在进一步的实验中。
　　复式正交环天线发射试验结果非常好，已经用于电视台。
参考文献
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