要取得良好的方向图通常采用调整天线的辐射角(仰角,相位),这里介绍一下调整方法.
天线辐射方向角度的调整, 有机械式及电气式两种, 机械式就如同您所说那样, 将天线倾斜以获得所需的辐射方向角, 电气式就是控制天线各部幅射元件的辐射相位, 来达到所需合成波束方向的要求..
底下以两组 dipole 来说明如何以相位来控制天线波束方向:
如图两组 dipole 以侧面观察之, 相距 d, 各天激励相位, 以参考点 p0 為 0 度, 另一為 p1
Ａ
Ｄ 。 ＜－ ｄ ＞ 。 Ｂ
p1 p0
Ｃ
先以文字描述该组天线辐射波形, 因从侧面观察, 各单组 dipole 从萤幕前的您来观察,
均為圆形, 也就是说单组 dipole 往整个萤幕平面為均等辐射(垂直方向的辐射图),
故各个天线其在垂直面上的辐射方程式 f(p,s) = a, a 為常数, 若两天线分配功率不同, 则分别以 a0,a1 表示之....
假设 p1 及 p0 相位相同, , 相位差 p = 0, 则在上方 a 及下方 c 的无限远方, 两组电波相位相同,
获得最大辐射(辐射方向); 观察左右侧无限远方, 两组电波相位差取决於距离 d / 入,
譬如 d = 入, 则左 d 右 b 无限远方获得同相位的两组电波, 一样获得最大辐射,
但倘若 d = t / 2入, t 為奇数, 则左 d 右 b 无限远方获得反相的两组电波, 获得最小辐射..
假设波源 p1 与 p0 相位相反, 相位差 p = 180 度, 以径度表之為 pi , 则在上方 a 及下方的 c 无限远方, 两组电波相位相反, 获得最小辐射; 观察左右侧无限远方, 两组电波相位差取决於距离 d / 入, 如 d = n * 入, n 為正整数, 则左 d 右 b 无限远方获得两组反相的电波, 一样获得最小辐射, 但倘若 d = t / 2入, t 為奇数, 则左 d 右 b 无限远方获得同相的电波, 获得最大辐射..
因此在左右无限远方的合成电波為 a0 + a1 * sin((d/入)*2pi+p)
而在 ab, bc, cd, da 的方向, 以 ab 方向為例, 波源 p1 经过路径 l = d * sin(s) 到达平面 k, 两组电波从平面 k 到达远方為等距, 也就是说相位的差异, 取决於 p1 多走的路径 l ; 到达平面 k 若為同向则在该方向上获得最大辐射, 若為反相则為最小辐射..
Ａ
Ｋ
↑ ＼
｜ ↗＼
｜ ↗ ＼
｜Ｓ↗Ｌ ＼
｜↗
Ｄ 。 ＜－ ｄ ＞ 。 Ｂ
p0 p1
Ｃ
因此我们可以推演出这两组天线的合成波束式子為:
其中
pi=3.141592654 為圆週率.
s = s / 180 * pi, s 為度数 0 ~ 360, s 為换算后的径度.
两组天线波源激励相位各為 p0 及 p1 且為均等辐射, 相位差 p = p1 - p0, 一样以径度换算為 p = p / 180 * pi..
得在各方向上的相位合成辐射方程式為:
f(p,s) = a0 + a1 * sin ((l / 入) * 2pi + p)
因在各角度方向的路径差计算式為 l = d * sin(s), 得
f(p,s) = a0 + a1 * sin (((d * sin(s)) / 入 ) * 2pi+ p)
您可以将它程式化以极座标的方式绘出辐射图, 角度顺时针从 s = 0 到 360, 强度就是 f(p,s)..
其中若各个天线在各角度本就会有不同的输出变化, 则以该天线在各角度的输出函数代替 a0 与 a1,
此处因為是探讨水平极化天线的辐射仰角, 故可以在观察垂直辐射图时以等向天线视之..
从此方程式我们可以知道适当调整两天线激励相位差与调整距离 d, 可以控制所需辐射波束方向,
当距离 d 固定, 则可单以调整两天线激励相位差来达到控制波束方向..
同理, 从式子中可以发现, 当两天线以之前所讨论的 loop 型态相接时, 若距离 a b 短於所使用最高频率的 0.5 波长时而被固定时(不考虑导体波长缩短率),
所使用波长越长, 因為距离 d 相对於使用波长所產生两分离天线的相位差越小, 故波束越往上, 也就是低频仰角高, 高频仰角低..
