第4章 非頻變天線ppt課件.ppt

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1、第4章非頻變天線4.1非頻變天線的基本概念4.2平面等角螺旋天線4.3阿基米德螺旋天線4.4對(duì)數(shù)周期天線第一節(jié)非頻變天線的基本概念若天線的阻抗特性和方向性能在一個(gè)很寬的頻率范圍內(nèi)保持不變或稍有變化，則把這一類天線稱為非頻變天線。天線的電性能取決于它的電尺寸，所以當(dāng)幾何尺寸一定時(shí)，頻率的變化導(dǎo)致電尺寸的變化，因而天線的性能也將隨之變化。非頻變天線的導(dǎo)出基于相似原理————若天線的所有尺寸和工作頻率（或波長(zhǎng)）按相同比例變化，則天線的特性保持不變。1.角度條件指天線的幾何形狀僅僅由角度來確定，而與其它尺寸無關(guān)。要滿足“角度條件”，天線結(jié)構(gòu)需從中心點(diǎn)開始一

2、直擴(kuò)展到無限遠(yuǎn)。例如無限長(zhǎng)雙錐天線，由于錐面上只有行波電流存在，故其阻抗特性和方向特性將與頻率無關(guān)，僅僅決定于圓錐的張角。實(shí)現(xiàn)非頻變特性天線必須滿足的條件:2.終端效應(yīng)弱若天線上電流衰減得快，則決定天線輻射特性的主要部分是載有較大電流的部分，而其延伸部分的作用很小，若將其截除，對(duì)天線的電性能不會(huì)造成顯著的影響。在這種情況下，有限長(zhǎng)天線就具有無限長(zhǎng)天線的電性能，這種現(xiàn)象稱為終端效應(yīng)弱。非頻變天線的分類：1、一類天線的形狀僅由角度來確定，可在連續(xù)變化的頻率上得到非頻變特性。如無限長(zhǎng)雙錐天線、平面等角螺旋天線以及阿基米德螺旋天線等。2、另一類天線的尺寸按

3、某一特定的比例因子τ變化，天線在f和τf兩頻率上的性能是相同的。例如對(duì)數(shù)周期天線。第二節(jié)平面等角螺旋天線1、平面等角螺旋天線的結(jié)構(gòu)平面等角螺旋天線是一種角度天線，雙臂用金屬片制成，具有對(duì)稱性，每一臂都有兩條邊緣線，均為等角螺旋線。其極坐標(biāo)方程為：等角螺旋線r為螺旋線矢徑；φ為極坐標(biāo)中的旋轉(zhuǎn)角；r0為φ＝0°時(shí)的起始半徑；1/a為螺旋率，決定螺旋線張開的快慢。由于螺旋線與矢徑之間的夾角Ψ處處相等，因此這種螺旋線稱為等角螺旋線，Ψ稱為螺旋角，它只與螺旋率有關(guān)，即：四條邊緣a相同，r1=r0eaφr2=r0ea(φ-δ)r3=r0ea(φ-π)r4=r0

4、ea(φ-π-δ)δ＝π/2時(shí)為自補(bǔ)結(jié)構(gòu)。2、工作原理：1）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(duì)形狀的要求。2）當(dāng)兩臂的始端饋電時(shí)，臂上電流沿線邊傳輸，邊輻射，邊衰減。臂上電流在流過約一個(gè)波長(zhǎng)后就迅速衰減，終端效應(yīng)很弱。3）輻射場(chǎng)主要是由結(jié)構(gòu)中周長(zhǎng)約為一個(gè)波長(zhǎng)以內(nèi)的部分產(chǎn)生的，這個(gè)部分通常稱為有效輻射區(qū)，傳輸行波電流。4）螺旋天線存在“電流截?cái)嘈?yīng)”，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。波長(zhǎng)改變后，有效區(qū)的幾何大小將隨波長(zhǎng)成比例地變化，從而可以在一定的帶寬內(nèi)得到近似的與頻率無關(guān)的特性。f1f2

5、3、平面等角螺旋天線的電性能1）方向性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。為了得到單向輻射，可采用附加反射（或吸收）腔體，也可以做成圓錐形等角螺旋天線。圓錐等角螺旋天線2）阻抗特性當(dāng)δ＝π/2時(shí)天線為自補(bǔ)結(jié)構(gòu)。F(θ)=cosθ3）極化特性平面等角螺旋天線在θ≤70°錐形范圍內(nèi)接近圓極化。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。4）工作帶寬工作帶寬由內(nèi)徑r0和最外緣的半徑R決定。當(dāng)a=0.221，對(duì)應(yīng)1.5圈螺旋時(shí)，R=r0e0.221(3π）=8.03r0=λmax/4，在饋電點(diǎn)

6、r=r0e0=r0=λmin/4，帶寬可達(dá)8∶1。若要增加帶寬，必須增加螺旋線的圈數(shù)或改變其參數(shù)，帶寬有可能達(dá)到20∶1。行波第三節(jié)阿基米德螺旋天線阿基米德螺旋天線采用印刷電路技術(shù)很容易制造。天線的兩個(gè)螺旋臂方程分別是：r0為起始矢徑，a為增長(zhǎng)率。1、天線主要輻射是集中在周長(zhǎng)約等于λ的螺旋環(huán)帶上，稱之為有效輻射帶。2、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，可得到單一主瓣，可以嵌裝在運(yùn)載體的表面下。3、阿基米德螺旋天線的優(yōu)點(diǎn)：寬頻帶、圓極化、尺寸小、效率高、可以嵌裝等。阿基米德螺旋天線特性：第四節(jié)對(duì)數(shù)周期天線對(duì)數(shù)周期天線（Lo

7、gPeriodicAntenna。LPA）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。對(duì)數(shù)周期振子陣天線（LogPeriodicDipoleAntennaLPDA），因具有極寬的頻帶特性，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，所以在短波、超短波和微波波段得到了廣泛應(yīng)用。一、對(duì)數(shù)周期振子陣天線的結(jié)構(gòu)對(duì)數(shù)周期振子陣天線由若干個(gè)對(duì)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。頂點(diǎn)第n個(gè)振子第n＋1個(gè)振子相鄰振子之間的距離為：dn=Rn-Rn+1，

8、dn+1=Rn+1-Rn+2，…，其比值：不論振子長(zhǎng)度、半徑還是振子之間的距離等所有幾何尺寸都按同一比例系數(shù)τ變化：間隔因