对数周期天线的详解
对数周期天线
对数周期天线(Log Periodic Antenna,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 Periodic Dipole Antenna,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。
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而在本图中设计时多加了一个最短振子，其尺寸 为0.172m，在f=650MHz时，相当于 L/λ=0.172/0.462=0.37<0.5，仍基本满足650MHz时对辐射 区的要求，所以其方向图只比频率为600MHz时稍差一 点。 另外，由该图还可以看出，对数周期振子阵天线 的E面方向图总是较H面的要窄一些。这是合理的，因 为单个振子在H面内没有方向性而在E面却有一定的方 向性。
该式表明，只有当工作频率的对数作周期性变化时 1 (周期为ln(1/τ))，天线的电性能才保持不变，所以，把这种 ln f n 1 ln f n ln （4―4―7） 天线称为对数周期天线。
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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。
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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
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，电尺寸为L3/λ3;依次类推。
显然，如果这些频率能保证
L1 L2 L3 ,
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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
到了广泛应用。我们将以LPDA为例说明对数周期天线的
特性。
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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―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:
实线为E面方向图，虚线为H面方向图。
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根据该图可以预计,当工作频率低于频带低端频率
（本图中为200MHz）时,例如150MHz，由于天线的最
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对数周期天线与频率无关天线设计原则：1． 角形结构，与r 坐标无关，传播TEM 波 2． 自补结构，Babinet 原理4/2η=slot dipole Z Z3． 自相似结构，频率变化时，有效辐射区域沿着天线移动 4． 天线辐射臂（金属）结构粗（直径）、大（面积）与频率无关天线分类 螺旋天线（spiral ）对数周期天线（log-periodic ） 其它天线(biconical 、V-conical)螺旋天线（spiral ）等角螺旋天线（Equiangular speral ） 阿基米德螺旋天线(Archimedean speral)平面螺旋天线背腔螺旋天线（cavity-backed ） 圆锥螺旋天线(conical )双臂螺旋天线（two-arms ）四臂螺旋天线(two-arm-pair)、收发分离，极化分离等其他螺旋天线：sinous antenna 、others追求的目标结构简化，成本降低，易于生产等等天线性能指标好：波束、阻抗、增益、带宽、等等 或者二者兼而有之，不但结构简化，而且天线性能指标好。
平面对数周期天线原始的对数周期天线是在Bowtie 天线的边缘加上对数周期齿形成的。
齿的作用使中断的电流沿着齿继续流动。
从等角螺旋天线知道，导体边缘的径向坐标为)2(0πϕn a n e r r += (1)其中n 是圈数。
第n+1圈和第n 圈的径向坐标之比为一个常数εππϕπϕ===++++a n a n a n n e er e r r r 2)2(0))1(2(01 (2) 这个可称之为平面螺旋天线的周期。
相应的，我们也令对数周期天线的导体边缘之比为常数，11<=+nn R R τ (3) 槽的宽度为（齿的内边缘的径向坐标）1<=nnR a σ (4) 下标是从最外面的齿计数，式(3)和式(4)对任意n 都成立，参数τ给出了结构的周期。
天线有这样的周期结构，可以预期，天线输入阻抗和方向图也有相同的周期特性。
天线第十二讲对数周期天线与平面超宽带天线
LPDA上的 电流分布可 以利用数值 方法算出。
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左图是用矩 量法计算的 18元LPDA 振子上的电 流分布。
相应的传输 线上的电压 分布、方向 图、增益和 阻抗见后。
不同频率下LPDA振子上的电流分布
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ln fn1 ln fn +ln(1 / ) 即，当工作频率的对数以 ln(1/ ) 作周期变化时， 天线电性能保持不变，故名对数周期天线。
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第12讲内容
对数周期天线 平面超宽带天线
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天线知识概要
天线知识1 对数周期天线1.1对数周期天线的结构对数周期天线是60年代中期发展起来的一种新式天线。
它的结构有多种类型：①平面型对数周期天线；②圆齿形金属面对数周期天线；③梯齿形金属面对数周期天线。
其中以平面型对数周期天线应用较广泛。
因此，这里只介绍平面型对数周期天线。
对数周期天线具有极宽的频率特性及十分稳定的输入阻抗。
因此，它可以覆盖从VHF 的48.5MHz 到UHF 的960MHz 的全频段范围。
平面型对数周期天线的结构如下图所示。
它由许多对称单元构成，即由N 对振子组成，记为N，N-1，……. 振子的长度分别为l n ，l n −1……l 2，l 1。
振子最长的端称天线的尾端，振子的最短的端称首端。
最长振子到最短振子的距离l ，称天线的梁长。
天线轴与振子尾端的尖角称为顶角α。
各振子与顶角的距离称为Rn ，R n −1，……R 2，R 1，振子的间隔分别为d n ，d n −1……d 2，d 1。
各振子的长度及间隔均按一特定不变的比例因子τ变化，变化后的结构和原来结构相同。
这样，在频率f 和τf 上就具有相同的电性能，即天线在频率为f 时所具有的一切特。
可见，该天线电气特性随频率的性，将在τf ，τf ……τf 频率上重复（n为正整数）对数做周期性变化，（周期为lg 2n 1τ）因此，该天线为对数周期天线。
对数周期天线意味着，当接收信号频率变化时参与工作的振子周期性的前后移动。
这既是说，在每一频率周期内，天线只有一部分振子工作，其余的振子不工作。
这就是对数周期天线的一个缺陷。
相邻两个振子的长度之比及相邻振子与天线顶点距离之比由固定值比例因子τ确定。
τ可表示为：τ===l n −1l n −2l ==⋅⋅⋅⋅⋅⋅=1l n l n −1l 2R n −1R n −2R ==⋅⋅⋅⋅⋅⋅=1 R n R n −1R 2d n −1d n −2d ==⋅⋅⋅⋅⋅⋅=1d n d n −1d 2τ是略小于1的正数，一般在0.78～0.95之间。
近地水平对数周期天线的性能分析
则 Ｚ。 至 。 分段 电流产 生的场为 ：
Ｅ ＝ － ｎ ｊ Ｖ ’（） Ｊｒｄ ＇ｌ ｄ＋ Ｊ ｌ＾ ｒ Ｊｒ）ｌ ＶＪ１ ｒ ‘【 ‘（＇ Ｉ ｉ ， ． ｎ －
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式中 Ｐ 表示振子 的序号 ，＝ ，…，；。 ｐｌ Ｎ ｄ 为两相邻 阵 子 的 间距 ； Ｄ 振 子 的 长度 ； 。 示 天 线 的 几 何 顶 Ｌ为 Ｄ表 点到振子 的垂直距离 。 所有振子采用一对 传输线进行馈 电， 源接 在短振子的一端 ， 两相邻振子交叉馈 电。 天线的
吻合 。 实 了该 方 法 的 正确 性 和通 用性 。 证
关键 词 ： 数 周期 天线 ； 对 复镜 像 法 ； 点法 鞍
Ｐ ｆ ｒ ｎ ｅ Ａｎ ｌｓｓ ｏ ｒ ｏ ａ ｏ － ｒ ｄｉ ｅｒ ｍａ ｃ ａｙ ｉ ｆＨｏ ｉ ｎ ｌ ｇ Ｐｅ ｉ ｃ ｏ ｔ Ｌ ｏ Ａｎ ｅ ｎ ｓ ｏ ｅ ｏ ｎ ａ ｅ ｔｎ ａ ｖ ｒ Ｇｒ ｕ ｄ Ｐｌｎ
大的影 响。严格考 虑地面对天线性 能的影响对于 通信 对抗 天线 的分析与设计具有 重要 的应用价值 ，对 于各 种通信 对抗 系统的作 战效 能的准确评估也具有重要 的 参考价值 。本文采用矩量法结合复镜像理论计算 了近 地水平对数周期天线 的阻抗矩 阵，利用 网络理论处理 馈源问题 ， 从而得 到天线 的电流 分布 ， 最后 采用鞍点法
图 １ Ｐ Ａ 原理 结 构 示 意 图 Ｌ Ｄ
Ｌ１
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第３ 期
廖飞龙， 近地水平对数周期天线的性能分析 等：
・ ７・ ３
序号有关 ， 即是按照结构周期 组成的。令
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一种旋转对数周期天线设计
一种旋转对数周期天线设计1. 引言1.1 引言概述旋转对数周期天线是一种用于通信系统和雷达系统的重要天线设计方案。
它具有较高的增益和较低的副瓣，能够有效地提高系统的性能。
在现有的天线设计中，传统的对数周期天线存在一些局限性，例如固定的辐射模式和辐射方向。
为了克服这些局限性，研究人员提出了一种新型的旋转对数周期天线设计。
通过引入旋转机制，这种天线可以实现辐射模式和辐射方向的灵活调整，从而满足不同应用场景的需求。
本文将从研究背景、设计原理、设计过程、性能分析和实验验证等方面对这种天线进行深入探讨。
通过对这种天线的研究，我们可以更好地了解其工作原理和性能特点，为未来的天线设计提供参考。
本文还将总结研究成果并展望未来的研究方向，以期为天线技术的发展做出贡献。
通过深入研究旋转对数周期天线设计，我们可以为通信系统和雷达系统的性能提升提供有效的解决方案。
2. 正文2.1 研究背景传统的周期天线设计通常采用普通对数螺旋天线结构，其工作频率由螺旋臂的长度和宽度决定。
这种设计存在着一些局限性，如频率范围较窄、辐射效率不高等问题。
为了克服这些问题，人们开始研究新型的周期天线设计。
在最近的研究中，一种新型的旋转对数周期天线设计引起了广泛关注。
这种天线结构采用了旋转对数螺旋臂，能够实现更宽的工作频率范围和更高的辐射效率。
具体来说，通过调整对数螺旋臂的旋转角度，可以实现对天线的频率响应进行调节，从而满足不同应用场景的需求。
随着无线通信技术的不断发展，对高性能天线的需求也越来越迫切。
研究旋转对数周期天线设计具有重要的理论意义和实际价值。
通过深入分析旋转对数周期天线的设计原理和性能特点，可以为未来的天线设计提供新的思路和方法，促进通信技术的进一步发展。
2.2 旋转对数周期天线设计原理旋转对数周期天线是一种具有特殊结构的天线，它能够实现较大的频率覆盖范围和较高的增益。
其设计原理主要是基于对数周期结构和旋转技术的结合。
对数周期结构是一种能够实现宽频工作的结构，其特点是周期性变化的结构单元可以实现对不同频率的辐射效果。
对数天线_精品文档
对数天线引言在现代通信领域中，天线是不可或缺的元件之一。
天线的作用是将传输信号从一个点转移到另一个点，以使无线通信成为可能。
其中一种被广泛应用的天线类型是对数天线。
对数天线是一种特殊设计的天线，具有广泛的应用领域。
本文将介绍对数天线的原理、结构和应用。
一、对数天线的原理对数天线的原理基于对数周期天线的概念。
对数周期天线是一种无限期周期结构，其特点是在多个方向上具有相同的响应。
这种特性使得对数天线在多个方向上的性能均衡并且稳定。
对数周期天线的设计基于一种高度复杂的几何形状，通过这种形状可以实现宽频带、宽角度的覆盖范围，以及减小信号波束的波前畸变。
通过采用对数天线作为传输介质，可以提高通信性能，并减小衰减、多径干扰等不利因素的影响。
二、对数天线的结构对数天线的结构包括两个主要部分：基座和天线体。
基座是对数天线的支撑结构，用于提供稳定的安装平台。
天线体是对数天线的主要部分，包括天线辐射器、天线驻波器、馈电缆等组件。
对数天线的辐射器采用特殊的几何形状，以实现宽带、宽角度的辐射特性。
同时，天线驻波器用于匹配辐射器和馈电缆之间的阻抗，以确保信号的传输效率。
馈电缆则用于将信号从天线传输到接收或发射设备。
三、对数天线的应用对数天线由于其独特的设计和性能特点，在多个领域中得到了广泛应用。
以下是对数天线在几个不同领域的应用案例：1. 通信领域：对数天线在无线通信领域中被广泛使用。
其宽带、宽角度的辐射特性使得其可以实现更远距离的信号传输，提高通信质量和可靠性。
2. 雷达系统：对数天线在雷达系统中的应用也非常重要。
其对多个方向的响应使其成为检测和跟踪目标的理想选择。
3. 无人机和航空领域：对数天线在无人机和航空领域中的应用也得到了广泛关注。
其稳定的性能和高度可见性使其成为无人机导航和通信的理想选择。
4. 卫星通信：对数天线在卫星通信中的应用也被广泛采用。
其宽角度和宽带特性使其可以实现更稳定、高效的卫星通信。
结论对数天线是一种特殊设计的天线，具有广泛的应用领域。
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对数周期天线的详解
用对数周期结构形成的天线。
对数周期结构是由尺寸不同而形状相似的很多个单元组成的一个系统
若两副天线的几何形状相似，而尺寸相差τ倍,当工作频率也相差τ倍并且它们的辐射电阻远大于损耗电阻时,则这两副天线的电参数相同,这就是相似原理。
根据这个原理，对数周期天线的输入阻抗和方向性等电参数应按频率的对数作周期性重复,重复周期为lnτ。
在频带(f，τf)范围内，天线的电参数是有变化的，但当τ接近于1时，这种变化很小。
实验表明,即使τ不接近于1，这种变化也不大,因而对数周期天线具有很宽的频带。
对数周期天线有多种结构形式，对数周期偶极天线，简称LPD 天线,它是由多个对称振子和两根传输线导体构成。
这种天线的振子长度和位置都满足对数周期结构的要求。
振子直径对天线的辐射只起次要作用，为便于制作，可以适当放宽对数周期结构的要求。
对某一工作频率而言，对数周期天线只有一部分结构起主要的辐射作用。
以对数周期偶极天线为例，起主要辐射作用的结构是长度约等于λ/4的那几个振子，因为它们的电流比其余的大得多，这一部分振子称为有效区。
当工作频率由低到高变化时，有效区将从长振子向短振子移动。
天线的通频带的下限决定于最长的振子，上限决定于最短的振子。
在整个通频带范围内，天线的输入阻抗和方向性基本不变。
对数周期天线主要用在超短波波段，也可作为短波通信天线和中波、短波的广播发射天线。
此外，对数周期天线还可用作微波反射面天线的馈源。
由于有效区随工作频率变化而移动，在安装时须使整个工作频带内有效区与焦点的偏离都在公差的允许范围之内。