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1、螺旋天线阵的设计与制作1、相关定义1.1、超宽带天线概念通常情况下,天线的设计参数要在一定的频率通带内符合实际应用的规定,而这样的实际规定也都会伴随着天线的工作频率做出相应的转换。这样设计天线的过程中,天线的整体通带宽度就需要考察天线的性能的频率特性,所以这也就在天线的电特性中加入了通带宽度的参赛。其中包括阻抗通带宽度、增益通带宽度、方向性图通带宽度以及极化通带宽度等,具体:(1)阻抗带宽表示整体天线的输入阻抗数值跟着天线的工作频率做出相应的调整,这一数值也会通常利用天线的馈电源处的驻波比来参考。通常定义为,在驻波比小于一个标准的数值下的天线的频率通带宽度,即天线的阻抗带宽,常用在实际工
2、程里。(2)增益带宽表示以天线的某个增益数值的标准下的天线可行的频率通带宽度,会决定天线的下限频率。(3)方向性图带宽表示天线的整体方向性图的变动会伴随着天线的工作频率细微改变,进而带来天线方向性图的波瓣的方位偏转或者旁瓣多次更生。同时,副瓣电平也会升高,天线的整体性能下降,无法精确的表达天线的整体性能标准,也就在一定程度上影响了带宽特性。(4)极化带宽通常针对圆极化天线,在天线的工作频率改变下,整体的极化属性也伴随着出现调整与变更。实际应用下,我们会选择3dB以及5dB轴比特性的不同标准,作为圆极化天线的整体性能的衡量标准,进而决定天线的工作的极化通带宽度。衡量整体天线的通带宽度的方式
3、一般都采取相对通带宽度或者倍频通带宽度。所以利用数学运算公式如下:Rfufl2ff(3-1)cfc绝对通带宽度除以整体工作频率通带宽度的中心频率,其中fu表示天线工作频率通带上限,fl表示工作频率通带下限,2Δf表示天线的绝对通带宽度,fc表示天线的整体工作频率核心。在此基础上,我们同样利用数学公式来表达天线的倍频通带宽度,具体如下所示:-15-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文Bfuf(3-2)l通常的宽带天线的应用中,衡量的方式往往是上述的倍频通带宽度公式。而且,相对于倍频通带宽度B大于等于2,即表示了宽频率通带天线。进一步,当倍频通带宽度B大于等于10时,这一数值也就表示了超宽带天线以
4、及频率无关天线。天线理论中常见的超宽带天线常常以以下为归并标准。比如在双锥型天线演化而来的各种进化形式天线,类似于有限单锥形式天线、有限双锥形式天线、盘锥形式天线、盘蝶形式天线[39]、TEM喇叭形式天线、对数加脊喇叭形式天线等[40~43]。在演化的过程中,天线的频率范围超宽带属性也越发优良,并在相位的核心处逐步保持恒定。在这样的优势下,天线多用来接受电磁讯号并发送电讯息。具体也需要综合考虑天线的反射损耗、轴比特性以及方向性图等。第二种分类就是一般形式的非频变天线。比如常见的阿基米德螺旋天线、等角螺旋天线以及对数周期形式天线等。这样的天线在不一样的工作频率下,发射的电讯号不规律,并且相
5、位核心也分散。严重的情况下回带来电子色散,电脉冲畸变,所以不好应用在时域天线中。这样的阿基米德螺旋天线或者等角螺旋天线都在军事中带来了大量的分析和研究。跟着信息科学领域的不断拓宽和前进,天线越来越成为信息系统的核心部分。同时,作为辐射电磁波的核心构成,天线的发展也逐渐向宽带化和小型化的领域前进。至此,相关领域的学者也在天线的的小型化和宽带化领域中开展了众多研究和讨论,海内外业界也相应的实现了很多成果。具体的,宽带化的方案也在延拓带宽方向上进行了深入研究。1.2、相位中心的概念一、定义[26](1)天线的相位中心定义为天线辐射电磁波等效的辐射源中心(即等效源点)。(2)如果天线辐射的电磁波
6、是一个球面波ejkrr,在任意给定频率下,使相位方向函数(,)与和无关的坐标原点称为球面波的相位中心。通常就是球心。(3)相位中心位置坐标的描述与相位参考点选择有关。对于球面波而言,其等相波是球面,若以球面为相位参考点,则球心坐标就是相位中心;若不以球面的球心作为参考点,如r=d处,则相位中心的位置为(-d,0,0)。(4)虽然相位中心的位置与相位参考点的选择有关,但天线的相位中心是唯一的。换句话来说,无论是在哪种坐标中描述相位中心,虽然空间同一点的表示式不同,但空间点的位置始终是不变的。二、相位中心存在的条件任意一个天线可能有相位中心,也可能没有相位中心,这完全取决于天线的形式。(1)
7、对于线天线和线天线阵,如果天线的电流分布具有奇对称或者偶对称分布即I(x)I(x)(2-26)式中I(x)—天线电流分布函数第二章平面螺旋天线19I(x)—电流分布函数的共轭函数。则天线有唯一确定的相位中心。(2)对于其它形式的天线,天线有相心的充分必要条件为若天线的相位方向函数在球坐标中可写成如下形式(,)AsincosBsinsinCcosD(2-27)则天线相位中心的坐标为xA2,yB2,zC2(2-28)三、视在相心对于大多
