第4章 非频变天线ppt课件.ppt

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1、第4章非频变天线4.1非频变天线的基本概念4.2平面等角螺旋天线4.3阿基米德螺旋天线4.4对数周期天线第一节非频变天线的基本概念若天线的阻抗特性和方向性能在一个很宽的频率范围内保持不变或稍有变化，则把这一类天线称为非频变天线。天线的电性能取决于它的电尺寸，所以当几何尺寸一定时，频率的变化导致电尺寸的变化，因而天线的性能也将随之变化。非频变天线的导出基于相似原理————若天线的所有尺寸和工作频率（或波长）按相同比例变化，则天线的特性保持不变。1.角度条件指天线的几何形状仅仅由角度来确定，而与其它尺寸无关。要满足“角度条件”，天线结构需从中心点开始一

2、直扩展到无限远。例如无限长双锥天线，由于锥面上只有行波电流存在，故其阻抗特性和方向特性将与频率无关，仅仅决定于圆锥的张角。实现非频变特性天线必须满足的条件:2.终端效应弱若天线上电流衰减得快，则决定天线辐射特性的主要部分是载有较大电流的部分，而其延伸部分的作用很小，若将其截除，对天线的电性能不会造成显著的影响。在这种情况下，有限长天线就具有无限长天线的电性能，这种现象称为终端效应弱。非频变天线的分类：1、一类天线的形状仅由角度来确定，可在连续变化的频率上得到非频变特性。如无限长双锥天线、平面等角螺旋天线以及阿基米德螺旋天线等。2、另一类天线的尺寸按

3、某一特定的比例因子τ变化，天线在f和τf两频率上的性能是相同的。例如对数周期天线。第二节平面等角螺旋天线1、平面等角螺旋天线的结构平面等角螺旋天线是一种角度天线，双臂用金属片制成，具有对称性，每一臂都有两条边缘线，均为等角螺旋线。其极坐标方程为：等角螺旋线r为螺旋线矢径；φ为极坐标中的旋转角；r0为φ＝0°时的起始半径；1/a为螺旋率，决定螺旋线张开的快慢。由于螺旋线与矢径之间的夹角Ψ处处相等，因此这种螺旋线称为等角螺旋线，Ψ称为螺旋角，它只与螺旋率有关，即：四条边缘a相同，r1=r0eaφr2=r0ea(φ-δ)r3=r0ea(φ-π)r4=r0

4、ea(φ-π-δ)δ＝π/2时为自补结构。2、工作原理：1）由于平面等角螺旋天线臂的边缘仅由角度描述，因而满足非频变天线对形状的要求。2）当两臂的始端馈电时，臂上电流沿线边传输，边辐射，边衰减。臂上电流在流过约一个波长后就迅速衰减，终端效应很弱。3）辐射场主要是由结构中周长约为一个波长以内的部分产生的，这个部分通常称为有效辐射区，传输行波电流。4）螺旋天线存在“电流截断效应”，可以用有限尺寸的等角螺旋天线在相应的宽频带内实现近似的非频变特性。波长改变后，有效区的几何大小将随波长成比例地变化，从而可以在一定的带宽内得到近似的与频率无关的特性。f1f2

5、3、平面等角螺旋天线的电性能1）方向性平面等角螺旋天线的辐射是双向的，最大辐射方向在平面两侧的法线方向上。为了得到单向辐射，可采用附加反射（或吸收）腔体，也可以做成圆锥形等角螺旋天线。圆锥等角螺旋天线2）阻抗特性当δ＝π/2时天线为自补结构。F(θ)=cosθ3）极化特性平面等角螺旋天线在θ≤70°锥形范围内接近圆极化。当频率很低，全臂长比波长小得多时，为线极化；当频率增高时，最终会变成圆极化。4）工作带宽工作带宽由内径r0和最外缘的半径R决定。当a=0.221，对应1.5圈螺旋时，R=r0e0.221(3π）=8.03r0=λmax/4，在馈电点

6、r=r0e0=r0=λmin/4，带宽可达8∶1。若要增加带宽，必须增加螺旋线的圈数或改变其参数，带宽有可能达到20∶1。行波第三节阿基米德螺旋天线阿基米德螺旋天线采用印刷电路技术很容易制造。天线的两个螺旋臂方程分别是：r0为起始矢径，a为增长率。1、天线主要辐射是集中在周长约等于λ的螺旋环带上，称之为有效辐射带。2、通过在螺旋平面一侧装置圆柱形反射腔构成背腔式阿基米德螺旋天线，可得到单一主瓣，可以嵌装在运载体的表面下。3、阿基米德螺旋天线的优点：宽频带、圆极化、尺寸小、效率高、可以嵌装等。阿基米德螺旋天线特性：第四节对数周期天线对数周期天线（Lo

7、gPeriodicAntenna。LPA）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。对数周期振子阵天线（LogPeriodicDipoleAntennaLPDA），因具有极宽的频带特性，结构较简单，所以在短波、超短波和微波波段得到了广泛应用。一、对数周期振子阵天线的结构对数周期振子阵天线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。顶点第n个振子第n＋1个振子相邻振子之间的距离为：dn=Rn-Rn+1，

8、dn+1=Rn+1-Rn+2，…，其比值：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：间隔因