【正文】 第 4章 非頻變天線 另外 ， 實(shí)驗(yàn)還證實(shí) ， 對數(shù)周期振子陣天線上存在著“ 電流截?cái)嘈?yīng) ” ， 即 “ 輻射區(qū) ” 后面的較長振子激勵(lì)電流呈現(xiàn)迅速下降的現(xiàn)象 ， 正因?yàn)閷?shù)周期振子陣天線具有這一特點(diǎn) ， 才有可能從無限大結(jié)構(gòu)上截去長振子那邊無用的部分以后 ， 還能在一定的頻率范圍內(nèi)近似保持理想的無限大結(jié)構(gòu)時(shí)的電特性 。 然而值得慶幸的是 ,實(shí)驗(yàn)證實(shí)了對數(shù)周期振子陣天線上確實(shí)存在著類似于一個(gè)振子工作的一個(gè)電尺寸一定的 “ 輻射區(qū) ” 或 “ 有效區(qū) ” ， 這個(gè)區(qū)域內(nèi)的振子長度在 λ/2附近 ， 具有較強(qiáng)的激勵(lì) ， 對輻射將作出主要貢獻(xiàn) 。 實(shí)際上并不是對應(yīng)于每個(gè)工作頻率只有一個(gè)振子在工作 ， 而且天線的結(jié)構(gòu)也是有限的 。 假如天線的幾何結(jié)構(gòu)為無限大 ， 那么該天線的工作頻帶就可以達(dá)到無限寬 。 因?yàn)閷?shù)周期振子陣天線各振子尺寸滿足 Ln+1/Ln=τ， 就要求這些頻率滿足 λn+1/λn=τ或 fn+1/fn=1/τ。依次類推。 如果設(shè)想當(dāng)工作頻率按比例 τ變化時(shí) ， 仍然保持天線的電尺寸不變 ，則在這些頻率上天線就能保持相同的電特性 。 可以從概念上這樣來理解它的工作原理 。 天線的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù) σ和 τ（ 當(dāng)然也包括 α） 對天線電性能有著重要的影響 ， 是設(shè)計(jì)對數(shù)周期振子陣天線的主要參數(shù) 。 對數(shù)周期振子陣天線的饋電點(diǎn)選在最短振子處 。 適當(dāng)調(diào)節(jié)短路支節(jié)的長度 ， 可以減少電磁波在集合線終端的反射 。 作為整個(gè)天線系統(tǒng)的饋電線是同軸線 ， 而直接與各振子連接的則是 “ 集合線 ” 。 通常把給各振子饋電的那一段平行線稱為 “ 集合線 ” ， 以區(qū)別于整個(gè)天線系統(tǒng)的饋線 。它與 τ及 σ之間具有如下關(guān)系： 124 ta n212 a r c ta n4ndL???????????（ 4―4―6 a） （ 4―4―6 b） 這里利用了 ( 1 )2 ta n2nnLd ????第 4章 非頻變天線 的關(guān)系式，該式由 1/2( 1 ) ,ta n2nn n n n nLd R R R R???? ? ? ? ?得出 。 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 。 它由若干個(gè)對稱振子組成 ， 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。 我們將以 LPDA為例說明對數(shù)周期天線的特性 。 第 4章 非頻變天線 對數(shù)周期天線 對數(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的結(jié)構(gòu) ， 則天線的頻率為 f和 τf時(shí)性能相同 。 第 4章 非頻變天線 通過在螺旋平面一側(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。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。 因此 ， 若滿足上述條件 ， 兩線段的輻射是同相疊加而非相消的 。研究圖中 P、 P′點(diǎn)處的兩線段，設(shè) ，即 P和 Q為兩臂上的對應(yīng)點(diǎn)，對應(yīng)線段上的電流相位差為 π+(2π/λ)πr。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。這一天線的性能基 本上與等角螺旋天線類似。 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 。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帶寬為 第 4章 非頻變天線 即典型相對帶寬為 8∶ 1。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。 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 。 當(dāng)頻率很低 ， 全臂長比波長小得多時(shí) ， 為線極化；當(dāng)頻率增高時(shí) ， 最終會變成圓極化 。 錐形范圍內(nèi)接近圓極化 。 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 。 。 第 4章 非頻變天線 平面等角螺旋天線的電性能 自補(bǔ)平面等角螺旋天線的輻射是雙向的 ， 最大輻射方向在平面兩側(cè)的法線方向上 。 換句話說螺旋天線存在 “ 電流截?cái)嘈?yīng) ” ，超過截?cái)帱c(diǎn)的螺旋線部分對輻射沒有重大貢獻(xiàn) ， 在幾何上截去它們將不會對保留部分的電性能造成顯著影響 ， 因而 ， 可以用有限尺寸的等角螺旋天線在相應(yīng)的寬頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)近似的非頻變特性 。 實(shí)驗(yàn)表明 ， 臂上電流在流過約一個(gè)波長后就迅速衰減到 20dB以下 ， 終端效應(yīng)很弱 。 第 4章 非頻變天線 當(dāng)兩臂的始端饋電時(shí) ， 可以把兩臂等角螺旋線看成是一對變形的傳輸線 ， 臂上電流沿線邊傳輸 ， 邊輻射 ， 邊衰減 。由于平面等角螺旋天線臂的邊緣僅由角度描述，因而滿足非頻變天線對形狀的要求。另一臂相當(dāng)于該臂旋轉(zhuǎn) 180176。 時(shí)的起始半徑； 1/a為螺旋率 ， 決定螺旋線張開的快慢 。 第 4章 非頻變天線 平面等角螺旋天線 平面等角螺旋天線的結(jié)構(gòu)和工作原理 圖 4―2―1 為平面等角螺旋天線 (Planar Equiangular Spiral Antenna)示意圖，是 天線，雙臂用金屬片制成，具有對稱性，每一臂都有兩