振子天线改善对数周期天线的低频性能

２．３．２ ＷＧ１０和ＣＩＳＰＲ／Ａ新的合作 ２．３．２．１ 全电波暗室（ＦＡＲ） ２．３．３．２ 发射和抗扰度试验的一致性测量安排
３． 对ＩＥＣ ６１０００－４－３的维护 ３．１ 对场探头的校准
４． 对ＩＥＣ ６１０００－４－６的维护
５． 测量不确定度 ５．１ ＩＥＣ６１０００－４－３ ５．２ ＩＥＣ ６１０００－４－６
专 题 研 究
利用三角振子天线
改善对数周期天线的低频性能
Improve the Capability of Logarithm Periods Dipole Antenna in Low Frequency by Biconical Dipole Antenna 东南大学电磁兼容研究室 过晓刚 蒋全兴
由表１可看出取２ ０ 为 ６０ 比较好 因此模型
采用厚１ ０ ｍ ｍ 宽３ ０ ｍ ｍ
的铝条制作 为边长
７ ５ ０ ｍ ｍ 的等边正 三角
图４ 三角振子模型
形 如图４所示
４． 匹配方法
因为同轴线的特性阻抗为５０ 而三角振子的输入 阻抗为复数 它们的频率特性是不同的 为了实现二者的 匹配耦合 需要在其间设计有效的匹配网络
２． ＩＥＣ ６１０００－４－３和预期修改 ２．１ １ＧＨｚ以上测量 ２．２ 校准程序 ２．３ ＷＧ１０和ＣＩＳＰＲ／Ａ的合作 ２．３．１ ＷＧ１０和ＣＩＳＰＲ／Ａ过去的合作 ２．３．１．１ 波导 将来的ＩＥＣ ６１０００－４－２０ ２．３．１．２ 混响室 （将来的ＩＥＣ ６１０００－４－２１）
分布参数匹配网络 主要是利用传输线阻抗分布特 性 把阻抗从一个数值变换到另一个数值以完成阻抗变 换作用 广泛使用的有三种型式 支节匹配器 阶梯阻抗 变换器和渐变线阻抗变换器等 这种结构的匹配网络结 构简单 变换效率高
集总参数网络和分布参数网络结合的阻抗变换器中 典型的就属传输线变压器 它以传输线绕在磁芯上构成而 得名 因而可视为集总参数变压器和分布参数传输线阻抗
由对数周期偶极子天线的工作原理可知 其工作范 围与振子尺寸密切相关 但电磁兼容标准规定 振子类天 线的最大宽度不得超过１３７ｃｍ 按普通设计方法得知对 数周期天线的最低工作频率为
ｆ ｍｉｎ＝ｃ／（１．３７ ２）＝１０９（ＭＨｚ）
为了拓宽对数周期 天线的低频工作带宽 可以改变最后一根振子 的形状 实质上是对最 后一根振子进行加载 将原来需要几根振子才 能完成的辐射频率范围 由一对三角振子来代 替 如图２所示
表１ 三角振子输入阻抗仿真值
输入阻抗／
频率／ Ｍ Ｈ ｚ ５５
６０
６５
２５
７ ｊ２９８
３０
９ ｊ２３２
３５
１１ ｊ１８１
４０
１３ ｊ１３９
４５
１７ ｊ１０４
５０
２２ ｊ７２
５５
２９ ｊ４３
６０
３８ ｊ１６
６５
５０＋ｊ１０
７０
６５＋ｊ３４
１．对数周期天线
对数周期振子天线［１］的基本结构由集合线和半波振
子组成 集合线通常为双管线或其他形式的双线 在集合
线的两侧交错地排列着大小按一定规律分布的振子 具
体结构如图１
当天线馈电后 由
信号源供给的能量沿
集合线向长振子端传
送 依次给各振子激
励 只有长度接近波长
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一半的几个振子才能
激励产生较大的电流
７５
８３＋ｊ５７
８０
１０７＋ｊ７８
８５
１３６＋ｊ９５
９０
１７２＋ｊ１０６
９５
２１４＋ｊ１０８
１００
２５９＋ｊ９５
１０５
２９９＋ｊ６６
１１０
３２５＋ｊ２５
１１５
３３５ ｊ２１
１２０
３３０ ｊ６４
６ ｊ３３２ ６ ｊ２６２ ８ ｊ２０９ １０ ｊ１６６ １３ ｊ１３１ １７ ｊ９９ ２１ ｊ７１ ２７ ｊ４６ ３４ ｊ２２ ４３＋ｊ１ ５４＋ｊ２２ ６８＋ｊ４２ ８４＋ｊ６２ １０５＋ｊ７９ １３０＋ｊ９４ １５９＋ｊ１０４ １９３＋ｊ１０７ ２２８＋ｊ１００ ２６０＋ｊ８４ ２８６＋ｊ６０
８ ｊ２６２ ９ ｊ２０１ １１ ｊ１５４ １４ ｊ１１６ １８ ｊ８３ ２４ ｊ５３ ３１ ｊ２５ ４１＋ｊ１ ５５＋ｊ２５ ７１＋ｊ４８ ９３＋ｊ６９ １１９＋ｊ８７ １５１＋ｊ１００ １８９＋ｊ１０５ ２３１＋ｊ９７ ２７１＋ｊ７５ ３０１＋ｊ３８ ３１４ ｊ６ ３１２ ｊ４７ ２９９ ｊ８１
图５ 阻抗匹配器结构示意图
５． 试验结果
取一个工作频率在２ ０ ０ Ｍ Ｈ ｚ以上的对数周期天线 在矢量网络分析仪上单独对它的低频性能进行测试 其 结果如图６所示
把三角振子天线和对数周期天线组合在一起 如图 ２所示 最后在矢量网络分析仪上对其低频特性进行测 试 其结果如图７所示
2005.2
专 题 研 究
变换器相结合的产物 这种器件既吸收了集总参数变压器 结构尺寸小 相对带宽大的优点 又兼有传输线阻抗变换器 高频工作的特点 利用了普通变压器制约上限工作频率的 绕组分布电容和漏感 从而大大地扩展了传输线变压器的 工作频带 其应用频率范围可以从几十千赫到几百兆赫 ［３］
从表１ 可见天线在７ ０ Ｍ Ｈ ｚ １ ２ ０ Ｍ Ｈ ｚ 时阻抗为感 性 对前段对数天线的振子起反射作用 本文的阻抗匹配 方法采用单支节匹配器与传输线变压器组合成的阻抗匹 配网络 即在双锥振子末端并联接一短路线 其中并联接 入点与短路点之间的传输线绕在磁芯上构成１ １的传输 线变压器 其结构如图５所示
对抗 １９９７ ３ ５ ２ 林昌禄 陈海． 近代天线设计． 人民邮电出版社． １９９０ ３ 张纪纲． 射频铁氧体宽带器件． 科学出版社． １９８６
编辑：刘青 E-mail: liuqing@cesi.ac.cn
ＩＥＣ／ＴＣ７７ ＷＧ１０ 第１５次会议将在北京召开
ＩＥＣ／ＴＣ７７ ＷＧ１０ 第１５次会议将于２ ０ ０ ５年４ 月２５－２９ 日在北京香格里拉饭店召开 会议主要议程如下
１． 确认在槟榔屿 马来西亚 召开的ＷＧ１０工作组第 １４次会议的备忘录 并正式通过
１．１ 槟榔屿 马来西亚 备忘录存在的问题 １．２ 修订并正式通过在北京召开的ＷＧ１０第１５次会 议议程 １．３ 介绍Ｗ Ｇ １ ０感兴趣的Ｉ Ｅ Ｃ Ｉ Ｅ Ｃ Ａ Ｃ Ｅ Ｃ和Ｉ Ｅ Ｃ ＣＩＳＰＲ的最新进展
６． 其他事宜 电磁兼容和中国标准化 邬雄先生 ＷＨＶＲＩ 武汉 刘晓华先生 ＥＭ－ＴＥＳＴ 北京 王旭 音 小姐 Ｓｉｅｍｅｎｓ 北京
2005.2
图１ 对数周期天线
向空间形成有效的辐 射 通常称这几个振子
所在的区域为有效辐射区或简称辐射区 由输入端
到辐射区之间的区域称为传输区 这个区域中的各
振子上电流很小 可以忽略其辐射效应 在辐射区 之后称为未激励区 经集合线传送到未激励区的能 量非常微弱 其辐射微不足道 最长振子和最短振 子的长度由工作频带的上下限决定 实际上 底端 截止频率受结构尺寸的限制 高端截止频率受机械 加工的限制 各振子的间距及长度均服从于比例 系数
Keywords
ｂｉｃｏｎｉｃａｌ ｄｉｐｏｌｅ ａｎｔｅｎｎａ， ＬＰＤＡ， ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｍａｔｃｈ
对数周期天线的突出优点是输入阻抗和方向图 具有与频率无关的宽频带特性 其具体形式有许多 种 在电磁兼容测试中应用最为广泛的是对数周期偶 极子天线 ＬＰＤＡ 特点是结构简单 造价低廉 工作 频带宽
Ｚｉｎ＝１２０ｌｎ ｃｏｔ ０ ／２
１
但实际上很少使用小锥角双锥天线 当锥角 ０ 在 ３０ ６０ 范围内时 双锥天线具有宽频带特性 且对 ０ 的正确数值要求并不严格
振子的两臂可以做成等腰三角形 扇形或其它
形状 而且在保证一定输入阻抗的前提下 可以用宽 金属条幅构成三角形天线 以减轻天线的重量
图２ 宽带对数周期天线
2005.2
PROFESSIONAL RESEARCH
２．三角振子天线
单独的一对三角振
子也称作三角形偶极
子天线又名蝴蝶结形
天线［２］ 是一种平面结
图３ 三角形偶极子天线
构 其结构如图３所示 这种天线具有重量
轻 易架设等优点 当其张角２ ０很小时 天线的输入阻抗 可以用Ｓ．Ａ．Ｓｃｈｅｌｋｕｎｏｆｆ 公式来计算 即
图６ 对数周期天线驻波特性 局部
从图６ 与图７ 所示的测试结果可以看出在 ２５ＭＨｚ ２００ＭＨｚ频率范围内组合后的天线的驻波比 与单独的对数周期天线的驻波比相比有了极大的改 善 可见三角振子对于对数周期天线的低频性能改善 有很大作用
图７ 组合后的天线驻波特性 局部
参考文献 １ 李 明． 宽带对数周期振子天线的实验与研究． 航天电子
３． 仿真计算
直接在仿真软件ＨＦＳＳ 的编辑环境中按照上面所述
的尺寸建模 其次设置材料特性 定义端口 设置边界条
件 给定求解条件 后处理及优化等步骤 分别取２ ０ 为 ５５ ６０ 和６５ 在２５ＭＨｚ １２０ＭＨｚ的频带内每５ＭＨｚ取
一个点对三角振子天线
进行仿真 模拟计算其
输入阻抗如表１所示
摘要 介绍三角振子天线在宽频带对数周期天线低频段的应用并用软件计算三角天线的输入阻抗 通过
实测证明该方法是正确的 关键词
对称三角振子 对数周期天线 阻抗匹配 Abstract
Ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ｂｉｃｏｎｉｃａｌ ｄｉｐｏｌｅ ａｎｔｅｎｎａ ｕｓｉｎｇ ｉｎ ｌｏｗ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ｌｏｇａｒｉｔｈｍ ｐｅｒｉｏｄｓ ｄｉｐｏｌｅ ａｎｔｅｎｎａ （ＬＰＤＡ） ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｉｎｐｕｔ－ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｏｆ ｂｉｃｏｎｉｃａｌ ｄｉｐｏｌｅ ａｎｔｅｎｎａ，ｔｈｅｎ ａｐｐｒｏｖｅ ｔｈａｔ ｍｅａｎｓ＇ ｃｏｒｒｅｃｔ ｂｙ ｍｅａｓｕｒｅ．