对数周期天线
对数周期天线
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：
Ln1 an1
Ln
an
根据对数周期振子阵天线上各部分对称振
射区”以外，从电源到辐射区之间的一段，称为“传 输区”；“辐射区”以后的部分为“非激励区”，又 称“非谐振区”。下面分别介绍这三个区域的工作情
况。
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在“传输区”，各对称振子的电长度很短，振子
的输入阻抗（容抗）很大，因而激励电流很小，所以
射。辐射区后面的非谐振区的振子比谐振长度大得多，
由于它们能够得到的高频能量很小，能从集合线终端
反射的能量也就非常小。如果再加上集合线终端所接
的短路支节长度的适当调整，就可以使集合线上的反
射波成分降到最低程度，于是可以近似地认为集合线
上载行波。因而对数周期振子阵天线的输入阻抗就近
似地等于考虑到传输区振子影响后的集合线特性阻抗，
Ln
an
Rn
dn
实用中常常用间隔因子σ来表示相邻振子间的距离，
它被定义为相邻两振子间的距离dn与2倍较长振子的长度
2Ln之比，即
dn
2 Ln
（4―4―5）
4
图4―4―1中的α称为对数周期振子阵天线的顶角。
它与τ及σ之间具有如下关系：
d 2Ln
1 4 tan
2
2 arctan 1 4
这里利用了
图4―4―2 在不同频率下LPDA振子输入端的电流分布
16
天线
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。
31
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。
超短波对数周期天线,对数天线,短波天线
超短波对数周期天线
产品概述：
⏹该天线宽频段内辐射方向特性稳定，可根据适时电离层高度，选择通信频率，
保证通信质量。
产品特性：
⏹特别适合于中、远距离通信；可用做超短波定向发射或接收天线；辐射仰角
低、扇形辐射，增益高，后向辐射小, 前后比高。
产品概述：
⏹该天线宽频段内辐射方向特性稳定，可根据适时电离层高度，选择通信频率，
保证通信质量。
⏹特别适合于中、远距离通信；可用做超短波定向发射或接收天线；辐射仰
角低、扇形辐射，增益高，后向辐射小, 前后比高。
产品概述：
⏹该天线宽频段内辐射方向特性稳定，可根据适时电离层高度，选择通信频率，
保证通信质量。
产品特性：
⏹特别适合于中、远距离通信；可用做超短波定向发射或接收天线；辐射仰
角低、扇形辐射，增益高，后向辐射小, 前后比高。
对数周期天线
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。
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。
一种分段的超短波对数周期天线设计与实验
现代电子技术Modern Electronics Technique2024年2月1日第47卷第3期Feb. 2024Vol. 47 No. 30 引 言超短波是指频率为30~300 MHz 的电磁波，其广泛地应用于广播、移动通信、雷达和战术通信中[1⁃4]。
超短波的主要传播方式为视距传播，这种传播方式要求天线具有较高方向性和增益。
对数周期天线是一种经典的非频变天线，具有结构简单、工作频带宽、增益高以及定向性好等特点[5⁃6]，广泛地应用于各种通信领域。
传统的对数周期天线设计方法已经很成熟[7⁃9]，基本是根据增益与τ（比例因子）和σ（间距因子）的关系曲线找出最佳的τ和σ，再根据工作带宽通过公式计算出各个振子的长度与间距。
这样设计出的对数周期天线虽然能够在工作频带内获得可观的电性能，但是天线的集合线长度往往过长，不利于天线的实际使用[10]。
在设计时需要通过优化τ和σ使天线的集合线长度满足实际的需要[11]。
国内外学者在短波、超短波以及微波波段对对数周一种分段的超短波对数周期天线设计与实验唐金彪1， 李相强1， 崔玉国2， 乔小斌1（1.西南交通大学 物理科学与技术学院， 四川 成都 610031；2.中国电波传播研究所 电波环境特性及模化技术重点实验室， 山东 青岛 266107）摘 要： 超短波的传播方式主要为视距传播，这种传播方式需要天线具有强方向性且有较高的增益。
而对数周期天线是一种超宽带、中等增益的天线，非常适用于超短波通信。
然而在超短波频段下，常规对数周期天线的长度较长，小型化程度不高。
为了实现超短波对数周期天线的小型化，提出一种分段的超短波对数周期天线的设计方案。
根据应用需求，在满足天线增益的情况下，采用分段设计缩减天线长度，同时调整集合线之间的夹角，以实现天线的阻抗匹配。
经过仿真设计，天线在30~70 MHz 频段内典型增益大于8 dBi ，天线的长度缩减至7 m 。
采用基于无人机飞行平台的外场测试系统对天线进行实验测试，测试结果表明，天线在工作频率范围内驻波比小于1.5，测试与仿真的辐射特性基本一致。
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。
对数周期天线
为第n个对称振子到天线“顶点”（图4―4―1中的“O”
点）的距离；n为对称振子的序列编号，从离开馈电点
最远的振子，即最长的振子算起。
Hale Waihona Puke 由图4―4―1知，相邻振子之间的距离为
dn=Rn-Rn+1，dn+1=Rn+1-Rn+2，…，其比值
dn1 Rn1 Rn2 Rn1(1 ) dn Rn Rn1 Rn (1 )
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。
1
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 。
作频率按比例τ变化时，仍然保持天线的电尺寸不变，
则在这些频率上天线就能保持相同的电特性。
10
就对数周期振子阵天线来说，假定工作频率为f1（λ1）
时，只有第“1”个振子工作，其电尺寸为L1/λ1，其余振子均
不工作；当工作频率升高到f3（λ3）时，换成只有第“2”个
振子工作，电尺寸为L2/λ2，其余振子均不工作；当工作频率
14
图4―4―2给出τ=0.917，σ=0.619，工作频率为
200~600MHz的对数周期振子阵天线在频率分别为
200 ,300 ,600MHz时各振子激励电流的分布情况。该图
说明在不同频率时确实有相应的部分振子得到较强的
激励，超过该区域以后的较长振子的激励电流很快地
受到“截断”。
15
0.1 72 m
则是“集合线”。
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实验六测对数周期天线的方向图
一、实验目的
加深对方向图的理解，了解方向图的测试方法。
二、设备
三、方向图自动测试
1.布置示意图
室内近距离测试时，可不加放大器；
将控制电缆一头接在控制器上，一头接在转台上；
将方位电缆一头接在仪器上，一头接在转台上；
将连接电缆一头接在仪器的输出口上，一头接在发射天线(螺旋天线)上；
将另一根连接电缆一头接在仪器的输入口上，一头接在转台的天线连线输入口上，转台侧面的天线连线输出口上，用连接电缆与接收天线(对数周期天线)相连。
2.仪器的设置
仪器预热30分钟后，将仪器菜单首项(频域、时域、点迹)选为点迹；
在点迹菜单下将测试用的频率2450MHz设置好；
Bθ即起始记录点，一般定为270°；
△θ即每隔多少度记一点，一般定为1°；
N△θ即终止记录点一般为360°，即记录时由270°经过0°、90°、180°，再到270°一共361点。
仪器己按上标准作法设置好了，一般不必改动。
3.设置参考方位
控制器置手动(MAN)，接通电源；
按控制器右转(或左)按键，将天线转到底使其限位停下；
左右微动使得转台停在指示灯亮的方位上，以这点为参考方位。
此点习惯上为一90°(或270°)；
将待测天线的一90°(或270°)方向，对准发射天线并固定之。
4.校最大值
菜单右下角数目字即代表讯号强度，最小为000，最大为210，可用来对天线最大值，可按仪器→或←键以选择合适强度，以避免最大值饱和；
控制器置手动(MAN)，左右转动以便找到最大值。
找到最大值后，按下仪器执行键。
即完成了校最大值步骤，此时屏幕右下角显示测试频率值。
校最大值要求并不严格，只要正负误差不超过6dB即可，仪器会自动归一。
因此宽波瓣可在转动中进行校最大值。
5.测试
按控制器右转(或左)键将天线转到底使其限位停下，然后再按一次仪器执行键，仪器进入测试状态，画面转为直角坐标；再按入控制器自动(AUT0)键使天线按270°→0°→90°→180°方向旋转；过270°后仪器即进入记录状态，这样记的目的是为了得到完整的主瓣与尾瓣；
测完后，转台自动反转，待转到天线最大值方位时，按开控制器自动键使转台停下，以便进行下一个测试。
6.处理
测完360°后，仪器会自动归一，画面为直角XY坐标，水平360°，垂直50dB。
按暂停键(即菜单键)，出现X，Y；对数；幅度；打印；
光标在X，Y下时按→键，可选极坐标p，θ；
光标在对数下时按→键可选线性或对数，一般极坐标应选线性，选定后按执行键；
光标在幅度下按→键可选相位。
相位只有XY坐标；
光标在打印下，按执行键即可打印出与屏幕相对应的曲线；
若想打A4幅面图形，请按接串口方法处理，接串口时不要按暂停键。
注意: 右转停下进行测试与左转停下进行测试的方位角的方向是相反的，可根据习惯自行选定。
选定后，不宜变动，否则最大值的偏斜角会搞错。
四、实验记录
五、实验小结
①为了方便对各种天线的方向图特性进行比较，就需要规定一些特性参数。
主要包括:主瓣宽度，旁瓣电平，前后比，方向系数等
1.主瓣宽度:是衡量天线的最大辐射区域的尖锐程度的物理量。
通常取天线方向图主瓣两个半功率点之间的宽度。
2.旁瓣电平:是指离主瓣最近且电平最高的第一旁瓣的电平，一般以分贝表示。
3.前后比:是指最大辐射方向(前向)电平与其相反方向(后向)电平之比，通常以分贝为单位。
4.方向系数:在离天线某一距离处，天线在最大辐射方向上的辐射功率流密度与相同辐射功率的理想无方向性天线在同一距离处的辐射功率流密度之比。
②对数周期天线：对数周期天线是定向板状天线的一种，常用于室内分布和电梯信号覆盖。
是一种宽频带天线，或者说是一种与频率无关的天线。
其阻抗和辐射特性依据工作频率的对数周期性形成的天线是定向板状天线的一种，
②优点是：输入阻抗和方向图具有与频率无关的宽频带天线。
（1）结构简单
（2）造价低廉
（3）工作频带宽
③应用：常用于室内分布和电梯信号覆盖。
（1）超短波波段
（2）可作为短波通信天线和中波、短波的广播发射天线
（3）微波反射面天线的馈源
实验中遇到的问题：天线的发射与接收要处于同一水平面上。
实验时是需要拿纸盒垫在接收器部分，否则就会因为高度差而产生实验不准确的现象，我们小组在实验过程中前几次的仪器不能出现波形，后来检查发现是因为接口有松动，插紧天线就可以正常显示波形。