11-行波天线与平面螺旋天线 天线原理
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Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
South China University of Technology
Victor H. Rumsey（拉姆塞）于20世纪50年代
South China University of Technology
度恒定，则行波线天线上的电流为 It(z)=Im e -jβz 因此，行波线天线相当于均匀线电流源的辐射。 行波线天线的辐射场为:
1 j [ r (1cos )] j 60 I 0 sin L 2 E sin (1 cos ) e r 1 cos 2
菱形天线广泛应用于广播、短波通信和超短波散
射通信。
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
Beverage天线
考虑了地面的影响的行波天线称为Beverage天线，
11.2 非频变天线的原理
所谓非频变天线顾名思义是指天线的特性（方向
图、阻抗、极化和增益等）不随频率变化，因此 具有无限宽的带宽。 理想的非频变天线是不存在的。现实中，通常把 具有大于10:1带宽的天线称为非频变天线。因此 ，非频变天线就是超宽带天线。 实现非频变天线的方法： 天线的形状只与角度有关-Rumsey原理 自补结构-天线是自己的互补 弱终端效应-天线终端弱反射
11.1 行波天线
我们知道，驻波天线是谐振结构， 输入阻抗具有
South China University of Technology
明显的谐振特性, 因此, 工作带宽较窄。 如果天线上电流分布是行波, 即行波天线（ traveling-wave antenna），则工作带宽会很宽。 所以，行波天线是宽带天线。 通常, 行波天线是由导线末端接匹配负载来消除反 射波而构成。
菱形天线
为了便于终端加载，将行波V型天线的想法扩展，
South China University of Technology
形成菱形天线。 菱形天线可看作是两个行波V形天线的相向组合。
L 6 , 160
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
都很长，辐射了大部分功率，到达负载的功率通 常很小了。
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
行波线天线方向图
假设天线工作在自由空间里，略去衰减，电流幅
South China University of Technology
或B天线。 高度h远小于波长，天线长度通常在L=2-10之间。 可以把B天线及其在有耗地面中的镜像看作为不平 衡传输线，不平衡传输线可以辐射。
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
Z A 2 / 4Z B
因此，自补天线的阻抗满足 Z A Z B ，故
Z A / 2 188.5
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
South China University of Technology
对于地面尽可能低。 B天线通常用于LF和HF频段。美国和伦敦之间早 期作跨大西洋无线电话通信时，首次在长岛上使 用B天线，频率为50KHz-60KHz之间。
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
损耗的传输线上，纯行波的天线的输入阻抗等于 传输线的特性阻抗。 行波长线天线的辐射电阻为200-300,。所谓长线 是指线的长度大于半个波长。 端接的负载应该等于辐射电阻。
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
用作战术野外天线，因为它不需要离地面太高。
频率较高时，在仰角和方位角平面里都有较窄的
束宽，并有较低的辐射角。
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
通常，B天线的馈源端高于负载端，以使辐射角相
L
0.371 sin 2
如果 L 6 , h 1 ，菱形天线阻抗的典型值为600-
800 量级之间。
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
天线 Antennas
第11讲 行波天线与平面螺旋天线
褚庆昕
华南理工大学电子与信息学院 天线与射频技术研究所 qxchu@scut.edu.cn
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
第11 讲内容
South China University of Technology
行波天线 非频变天线的原理 平面螺旋天线
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
当主瓣关于Z轴旋转对称，最大辐射角是L的函数
South China University of Technology
0.371 m cos (1 ) L/
1
随着L的增加，行波和驻波天线的波束最大值彼此
接近，不同的是驻波天线在反方向出现第二个主波 束，即在180-θm，因为驻波有反射波。
行波V形天线
为了行波天线最大辐射方向为单一方向，可以做
South China University of Technology
成行波V形天线。 当 0.8m ，可得良好的方向图。
L 6 , 0.8m 160
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
South China University of Technology
中，设计非频变天线时也需要突出这些特征，但 不一定严格坚持。 非频变天线的一个突出特性：自比例特性。大部 分辐射发生在天线的宽度为半波长或周长为一个 波长的部分，称为有效作业区。频率下降时，有 效作用区移向天线尺寸较大的部分，反之亦然。 角度条件、自补结构和弱终端效应特征使得天线 在频率变化时可以自动调整电流区域。 常用的非频变天线有两种：螺旋天线和对数周期 天线。
当L= nλ(n=4、8)时行波单导线的方向图
South China University of Technology
在0<θ<90o,有n个前向瓣，元因子在端射方向有1个
零点，不再是单一的端射瓣。
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
行波天线上的电流边传输边辐射，由于行波天线
South China University of Technology
方向函数为:
F ( ) K sin
sin L / 2(1 cos) ( L / 2)1 cos
K为归一化常数
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
行波线天线的阻抗
行波天线的输入阻抗总是以实数为主，因为在低
South China University of Technology
当菱形天线水平放置时，地面的影响近似为理想
South China University of Technology
导体，因此反射系数为-1。 高于地面 h 的菱形天线，其阵因子沿地面会产生 零点。如果菱形角与主瓣仰角相等，则要求天线 离地高度为 h 4sin
菱形每个支线的长度为
由于终端接匹配电阻，菱形天线的效率会显著降
South China University of Technology
低，没有辐射的功率会被负载 RL 吸收，若没有 负载，则会有较大的旁瓣，
行波不仅改善了方向图，而且产生了较宽的阻抗
带宽，设计良好的菱形天线，输入阻抗具有较小 的电抗，反射功率很小。
South China University of Technology
发展了非频变天线的概念。
拉姆塞原理：若天线的形状仅由角度来决定，则
该天线具有非频变的阻抗和波瓣图特性。
自补天线：天线是自己的互补，通过平移和旋转
手段，可以精确覆盖天线的互补结构。 根据互补原理，天线与互补天线的阻抗关系为
下图是长度为2.18λ波天线上的电流，由于地面的
South China University of Technology
巨大耗散和辐射损耗，电流表现出明显的衰落， 电流分布可近似如下
It ( z ) I me z e j z
在电流的主要部分上
叠加了一个驻波，有 一个来自终端负载的 小的反射波，该反射 波在移向馈源端移动 时，强度在减弱。
South China University of Technology
三种自补平面天线
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
理想的非频变天线需要满足上述三种特征。现实
Research Institute of Antennas & RF Techniques SchooLeabharlann Baidu of Electronic & Information Engineering
下图为B天线通用的仰角平面方向图，在军事上
South China University of Technology
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Victor H. Rumsey（拉姆塞）于20世纪50年代
South China University of Technology
度恒定，则行波线天线上的电流为 It(z)=Im e -jβz 因此，行波线天线相当于均匀线电流源的辐射。 行波线天线的辐射场为:
1 j [ r (1cos )] j 60 I 0 sin L 2 E sin (1 cos ) e r 1 cos 2
菱形天线广泛应用于广播、短波通信和超短波散
射通信。
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
Beverage天线
考虑了地面的影响的行波天线称为Beverage天线，
11.2 非频变天线的原理
所谓非频变天线顾名思义是指天线的特性（方向
图、阻抗、极化和增益等）不随频率变化，因此 具有无限宽的带宽。 理想的非频变天线是不存在的。现实中，通常把 具有大于10:1带宽的天线称为非频变天线。因此 ，非频变天线就是超宽带天线。 实现非频变天线的方法： 天线的形状只与角度有关-Rumsey原理 自补结构-天线是自己的互补 弱终端效应-天线终端弱反射
11.1 行波天线
我们知道，驻波天线是谐振结构， 输入阻抗具有
South China University of Technology
明显的谐振特性, 因此, 工作带宽较窄。 如果天线上电流分布是行波, 即行波天线（ traveling-wave antenna），则工作带宽会很宽。 所以，行波天线是宽带天线。 通常, 行波天线是由导线末端接匹配负载来消除反 射波而构成。
菱形天线
为了便于终端加载，将行波V型天线的想法扩展，
South China University of Technology
形成菱形天线。 菱形天线可看作是两个行波V形天线的相向组合。
L 6 , 160
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
都很长，辐射了大部分功率，到达负载的功率通 常很小了。
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
行波线天线方向图
假设天线工作在自由空间里，略去衰减，电流幅
South China University of Technology
或B天线。 高度h远小于波长，天线长度通常在L=2-10之间。 可以把B天线及其在有耗地面中的镜像看作为不平 衡传输线，不平衡传输线可以辐射。
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
Z A 2 / 4Z B
因此，自补天线的阻抗满足 Z A Z B ，故
Z A / 2 188.5
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
South China University of Technology
对于地面尽可能低。 B天线通常用于LF和HF频段。美国和伦敦之间早 期作跨大西洋无线电话通信时，首次在长岛上使 用B天线，频率为50KHz-60KHz之间。
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
损耗的传输线上，纯行波的天线的输入阻抗等于 传输线的特性阻抗。 行波长线天线的辐射电阻为200-300,。所谓长线 是指线的长度大于半个波长。 端接的负载应该等于辐射电阻。
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
用作战术野外天线，因为它不需要离地面太高。
频率较高时，在仰角和方位角平面里都有较窄的
束宽，并有较低的辐射角。
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
通常，B天线的馈源端高于负载端，以使辐射角相
L
0.371 sin 2
如果 L 6 , h 1 ，菱形天线阻抗的典型值为600-
800 量级之间。
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
天线 Antennas
第11讲 行波天线与平面螺旋天线
褚庆昕
华南理工大学电子与信息学院 天线与射频技术研究所 qxchu@scut.edu.cn
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
第11 讲内容
South China University of Technology
行波天线 非频变天线的原理 平面螺旋天线
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
当主瓣关于Z轴旋转对称，最大辐射角是L的函数
South China University of Technology
0.371 m cos (1 ) L/
1
随着L的增加，行波和驻波天线的波束最大值彼此
接近，不同的是驻波天线在反方向出现第二个主波 束，即在180-θm，因为驻波有反射波。
行波V形天线
为了行波天线最大辐射方向为单一方向，可以做
South China University of Technology
成行波V形天线。 当 0.8m ，可得良好的方向图。
L 6 , 0.8m 160
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
South China University of Technology
中，设计非频变天线时也需要突出这些特征，但 不一定严格坚持。 非频变天线的一个突出特性：自比例特性。大部 分辐射发生在天线的宽度为半波长或周长为一个 波长的部分，称为有效作业区。频率下降时，有 效作用区移向天线尺寸较大的部分，反之亦然。 角度条件、自补结构和弱终端效应特征使得天线 在频率变化时可以自动调整电流区域。 常用的非频变天线有两种：螺旋天线和对数周期 天线。
当L= nλ(n=4、8)时行波单导线的方向图
South China University of Technology
在0<θ<90o,有n个前向瓣，元因子在端射方向有1个
零点，不再是单一的端射瓣。
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
行波天线上的电流边传输边辐射，由于行波天线
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方向函数为:
F ( ) K sin
sin L / 2(1 cos) ( L / 2)1 cos
K为归一化常数
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
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行波线天线的阻抗
行波天线的输入阻抗总是以实数为主，因为在低
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当菱形天线水平放置时，地面的影响近似为理想
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导体，因此反射系数为-1。 高于地面 h 的菱形天线，其阵因子沿地面会产生 零点。如果菱形角与主瓣仰角相等，则要求天线 离地高度为 h 4sin
菱形每个支线的长度为
由于终端接匹配电阻，菱形天线的效率会显著降
South China University of Technology
低，没有辐射的功率会被负载 RL 吸收，若没有 负载，则会有较大的旁瓣，
行波不仅改善了方向图，而且产生了较宽的阻抗
带宽，设计良好的菱形天线，输入阻抗具有较小 的电抗，反射功率很小。
South China University of Technology
发展了非频变天线的概念。
拉姆塞原理：若天线的形状仅由角度来决定，则
该天线具有非频变的阻抗和波瓣图特性。
自补天线：天线是自己的互补，通过平移和旋转
手段，可以精确覆盖天线的互补结构。 根据互补原理，天线与互补天线的阻抗关系为
下图是长度为2.18λ波天线上的电流，由于地面的
South China University of Technology
巨大耗散和辐射损耗，电流表现出明显的衰落， 电流分布可近似如下
It ( z ) I me z e j z
在电流的主要部分上
叠加了一个驻波，有 一个来自终端负载的 小的反射波，该反射 波在移向馈源端移动 时，强度在减弱。
South China University of Technology
三种自补平面天线
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
理想的非频变天线需要满足上述三种特征。现实
Research Institute of Antennas & RF Techniques SchooLeabharlann Baidu of Electronic & Information Engineering
下图为B天线通用的仰角平面方向图，在军事上
South China University of Technology