对数周期天线.pptx

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1、对数周期天线(LogPeriodicAntenna,LPA)于1957年提出，是非频变天线的另一类型，它基于以下相似概念：当天线按某一比例因子τ变换后仍等于它原来的结构，则天线的频率为f和τf时性能相同。对数周期天线有多种型式，其中1960年提出的对数周期振子阵天线（LogPeriodicDipoleAntenna,LPDA），因具有极宽的频带特性，而且结构比较简单，所以很快在短波、超短波和微波波段得到了广泛应用。我们将以LPDA为例说明对数周期天线的特性。4.4对数周期天线4.4.1对数周期振子阵天线的结构对数周期振子阵天线的结构如图4―4―

2、1所示。它由若干个对称振子组成，在结构上具有以下特点：（1）所有振子尺寸以及振子之间的距离等都有确定的比例关系。若用τ来表示该比例系数并称为比例因子，则要求：（4―4―1）（4―4―2）图4―4―1对数周期振子阵天线式中,Ln和an是第n个对称振子的全长及半径；Rn为第n个对称振子到天线“顶点”（图4―4―1中的“O”点）的距离；n为对称振子的序列编号，从离开馈电点最远的振子，即最长的振子算起。由图4―4―1知，相邻振子之间的距离为dn=Rn-Rn+1，dn+1=Rn+1-Rn+2，…，其比值（4―4―3）即间距也是成τ的比例关系。综合以上几何关

3、系可知,不论振子长度、半径还是振子之间的距离等所有几何尺寸都按同一比例系数τ变化：（4―4―4）实用中常常用间隔因子σ来表示相邻振子间的距离，它被定义为相邻两振子间的距离dn与2倍较长振子的长度2Ln之比，即（4―4―5）图4―4―1中的α称为对数周期振子阵天线的顶角。它与τ及σ之间具有如下关系：（4―4―6a）（4―4―6b）这里利用了的关系式，该式由得出。（2）相邻振子交叉馈电(CrossFeed)。通常把给各振子馈电的那一段平行线称为“集合线”，以区别于整个天线系统的馈线。例如图4―4―6所示的对数周期振子阵天线是用同轴电缆作馈线的，但在给

4、各振子馈电时转换成了平行双导线。作为整个天线系统的馈电线是同轴线，而直接与各振子连接的则是“集合线”。在集合线的末端(最长振子处)可以端接与它的特性阻抗相等的负载阻抗，也可以端接一段短路支节。适当调节短路支节的长度，可以减少电磁波在集合线终端的反射。当然，在最长振子处也可以不端接任何负载，具体情况可由调试结果选定。对数周期振子阵天线的馈电点选在最短振子处。天线的最大辐射方向将由最长振子端朝向最短振子的这一边。天线的几何结构参数σ和τ（当然也包括α）对天线电性能有着重要的影响，是设计对数周期振子阵天线的主要参数。4.4.2对数周期振子阵天线的工作原

5、理对数周期振子阵天线具有极宽的工作带宽，达到10∶1或更宽一些。可以从概念上这样来理解它的工作原理。在前面的学习中我们已经看到天线的方向特性、阻抗特性等等都是天线电尺寸的函数。如果设想当工作频率按比例τ变化时，仍然保持天线的电尺寸不变，则在这些频率上天线就能保持相同的电特性。就对数周期振子阵天线来说，假定工作频率为f1（λ1）时，只有第“1”个振子工作，其电尺寸为L1/λ1，其余振子均不工作；当工作频率升高到f3（λ3）时，换成只有第“2”个振子工作，电尺寸为L2/λ2，其余振子均不工作；当工作频率升高到f2（λ2）时，只有第“3”个振子工作，电

6、尺寸为L3/λ3;依次类推。显然，如果这些频率能保证则在这些频率上天线可以具有不变的电特性。因为对数周期振子阵天线各振子尺寸满足Ln+1/Ln=τ，就要求这些频率满足λn+1/λn=τ或fn+1/fn=1/τ。如果我们把τ取得十分接近于1，则能满足以上要求的天线的工作频率就趋近连续变化。假如天线的几何结构为无限大，那么该天线的工作频带就可以达到无限宽。由于能实现天线电性能不变的频率满足fn+1/fn=1/τ，对它取对数得到该式表明，只有当工作频率的对数作周期性变化时(周期为ln(1/τ))，天线的电性能才保持不变，所以，把这种天线称为对数周期天线

7、。（4―4―7）实际上并不是对应于每个工作频率只有一个振子在工作，而且天线的结构也是有限的。这样一来，以上的分析似乎完全不能成立。然而值得庆幸的是,实验证实了对数周期振子阵天线上确实存在着类似于一个振子工作的一个电尺寸一定的“辐射区”或“有效区”，这个区域内的振子长度在λ/2附近，具有较强的激励，对辐射将作出主要贡献。当工作频率变化时，该区域会在天线上前后移动（例如频率增加时向短振子一端移动），使天线的电性能保持不变。另外，实验还证实，对数周期振子阵天线上存在着“电流截断效应”，即“辐射区”后面的较长振子激励电流呈现迅速下降的现象，正因为对数周期

8、振子阵天线具有这一特点，才有可能从无限大结构上截去长振子那边无用的部分以后，还能在一定的频率范围内近似保持理想的无限大结构时的电特性。图