天線與電波-第四章-文庫(kù)吧
2025-07-21 22:47 本頁(yè)面
【正文】 (Conical Equiangular Spiral Antenna)，如圖 4 ― 2―3 所示。 第 4章 非頻變天線 圖 4―2―3 圓錐等角螺旋天線 第 4章 非頻變天線 2. 阻抗特性 如前所述 ， 當(dāng) δ＝ π/2時(shí)天線為自補(bǔ)結(jié)構(gòu) ， 自補(bǔ)是互補(bǔ)的特殊情況 。 互補(bǔ)天線類(lèi)似于攝影中的像片和底片 ， 互補(bǔ)天線的一個(gè)例子是金屬帶做成的對(duì)稱(chēng)振子和無(wú)限大金屬平面上的縫隙 ， 互補(bǔ)天線的阻抗具有下列性質(zhì) : （ 4―2―3 ） 對(duì)于自補(bǔ)結(jié)構(gòu)，由上式可得 （ 4―2―4 ） 202 ）（金屬縫隙??? ZZ???? 0?縫隙金屬 ZZ第 4章 非頻變天線 一般而言 ， 平面等角螺旋天線在 θ≤70176。 錐形范圍內(nèi)接近圓極化 。 天線有效輻射區(qū)內(nèi)的每一段螺旋線都是基本輻射單元 ， 但它們的取向沿螺旋線變化 ， 總的輻射場(chǎng)是這些單元輻射場(chǎng)的疊加 ， 因此等角螺旋天線軸向輻射場(chǎng)的極化與臂長(zhǎng)相關(guān) 。 當(dāng)頻率很低 ， 全臂長(zhǎng)比波長(zhǎng)小得多時(shí) ， 為線極化；當(dāng)頻率增高時(shí) ， 最終會(huì)變成圓極化 。 在許多實(shí)用情況下 ， 軸比小于等于 2的典型值發(fā)生在全臂長(zhǎng)約為一個(gè)波長(zhǎng)時(shí) 。 極化旋向與螺旋線繞向有關(guān) ， 例如 ， 圖 4― 2― 1所示平面等角螺旋天線沿紙面對(duì)外的方向輻射右旋圓極化波 ， 沿相反方向輻射左旋圓極化波 。 第 4章 非頻變天線 4. 工作帶寬 等角螺旋天線的工作帶寬受其幾何尺寸影響，由內(nèi)徑 r0和最外緣的半徑 R決定。實(shí)際的圓極化等角螺旋天線，外徑 R≈λmax/4，內(nèi)徑 r0≈(1/4～ 1/8)λmin。根據(jù)臂長(zhǎng)為 ～ 3圈的實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，當(dāng) a= 旋時(shí)，其方向圖最佳。此時(shí)外半徑 R=(3π)==λmax/4，在饋電點(diǎn) r=r0e0=r0=λmin/4，所以該天線可具有的相對(duì)帶寬為 第 4章 非頻變天線 即典型相對(duì)帶寬為 8∶ 1。 若要增加相對(duì)帶寬 ， 必須增加螺旋線的圈數(shù)或改變其參數(shù) ， 相對(duì)帶寬有可能達(dá)到 20∶ 1。 m ax m ax 0m i n m i n 0/ 4 8 . 0 28 . 0 3/4rr????? ? ?（ 4―2―5 ） 第 4章 非頻變天線 阿基米德螺旋天線 阿基米德螺旋天線 (Archimedean Spiral Antenna)如圖 4― 3― 1(a)所示 ， 這種天線像許多螺旋天線一樣 ， 采用印刷電路技術(shù)很容易制造 。 天線的兩個(gè)螺旋臂方程分別是 1020 ()rrrr???? ?????（ 4― 3― 1） 式中 r0對(duì)應(yīng)于 υ=0rad的矢徑。這一天線的性能基 本上與等角螺旋天線類(lèi)似。 第 4章 非頻變天線 圖 4―3―1 阿基米德螺旋天線 QOPP ′( a ) ( b )第 4章 非頻變天線 我們可以近似地將螺旋線等效為雙線傳輸線，根據(jù)傳輸線理論，兩根傳輸線上的電流反相，當(dāng)兩線之間的間距很小時(shí)，傳輸線不產(chǎn)生輻射。因此表面看 ,似乎螺旋線的輻射是彼此抵消的，事實(shí)并不盡然。為了明顯地將兩臂分開(kāi)，在圖 4―3―1(b) 中分別用虛線和實(shí)線表示這兩個(gè)臂。研究圖中 P、 P′點(diǎn)處的兩線段，設(shè) ，即 P和 Q為兩臂上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)線段上的電流相位差為 π+(2π/λ)πr。 P O Q Q?第 4章 非頻變天線 若設(shè) r=λ/2π， 則 P和 P′點(diǎn)相位差為 2π。 因此 ， 若滿(mǎn)足上述條件 ， 兩線段的輻射是同相疊加而非相消的 。 換句話(huà)說(shuō)，天線主要輻射是集中在周長(zhǎng)約等于 λ的螺旋環(huán)帶上，稱(chēng)之為有效輻射帶。隨著頻率的變化，有效輻射帶也隨之變化，故阿基米德螺旋天線具有寬頻帶特性。雖然這一天線可以在很寬頻帶上工作，但它不是一個(gè)真正的非頻變天線，因?yàn)殡娏髟诠ぷ鲄^(qū)后不明顯減小，因而不能滿(mǎn)足截?cái)嘁螅仨氃谀┒思虞d ,以避免波的反射。 第 4章 非頻變天線 通過(guò)在螺旋平面一側(cè)裝置圓柱形反射腔構(gòu)成背腔式阿基米德螺旋天線 (Cavity Backed Archimedean Spiral Antenna)，可得到單一主瓣，它可以嵌裝在運(yùn)載體的表面下。 阿基米德螺旋天線具有寬頻帶 、 圓極化 、 尺寸小 、 效率高以及可以嵌裝等優(yōu)點(diǎn) ， 故目前其應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛 。 第 4章 非頻變天線 對(duì)數(shù)周期天線 對(duì)數(shù)周期天線 (Log Periodic Antenna,LPA)于 1957年提出 ， 是非頻變天線的另一類(lèi)型 ， 它基于以下相似概念：當(dāng)天線按某一比例因子 τ變換后仍等于它原來(lái)的結(jié)構(gòu) ， 則天線的頻率為 f和 τf時(shí)性能相同 。 對(duì)數(shù)周期天線有多種型式 ， 其中 1960年提出的對(duì)數(shù)周期振子陣天線（ Log Periodic Dipole Antenna,LPDA） ， 因具有極寬的頻帶特性 ， 而且結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單 ， 所以很快在短波 、超短波和微波波段得到了廣泛應(yīng)用 。 我們將以 LPDA為例說(shuō)明對(duì)數(shù)周期天線的特性 。 第 4章 非頻變天線 對(duì)數(shù)周期振子陣天線的結(jié)構(gòu) 對(duì)數(shù)周期振子陣天線的結(jié)構(gòu)如圖 4― 4― 1所示 。 它由若干個(gè)對(duì)稱(chēng)振子組成 ， 在結(jié)構(gòu)上具有以下特點(diǎn)： （ 1）所有振子尺寸以及振子之間的距離等都有確定的比例關(guān)系。若用 τ來(lái)表示該比例系數(shù)并稱(chēng)為比例因子，則要求： 111nnnnnnLaLaRR????????（ 4―4―1 ） （ 4―4―2 ） 第 4章 非頻變天線 圖 4―4―1 對(duì)數(shù)周期振子陣天線 ORn ＋ 1Rndn?第 4章 非頻變天線 式中 ,Ln和 an是第 n個(gè)對(duì)稱(chēng)振子的全長(zhǎng)及半徑； Rn為第 n個(gè)對(duì)稱(chēng)振子到天線 “ 頂點(diǎn) ” （圖 4―4―1 中的 “ O”點(diǎn)）的距離； n為對(duì)稱(chēng)振子的序列編號(hào)，從離開(kāi)饋電點(diǎn)最遠(yuǎn)的振子，即最長(zhǎng)的振子算起。 由圖 4―4―1 知，相鄰振子之間的距離為 dn=RnRn+1， dn+1=Rn+1Rn+2， …，其比值 1 1 2 11( 1 )( 1 )n n n nn n n nd R R Rd R R R? ??? ? ? ????? ? ?（ 4―4―3 ） 第 4章 非頻變天線 即間距也是成 τ的比例關(guān)系 。
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