天线第十二讲对数周期天线与平面超宽带天线
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。
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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。
天线知识讲座讲解
天线部分一、天线理论知识天线是将射频信号转化为无线信号的关键器件，其质量的优良和是否合理使用对无线通信工程的成败起到重要作用。
所以我们必须全面了解天线。
1、天线的方位图：方位图是天线电气性能的最重要指标它直接全面的反映出天线的辐射特性。
定义：天线的辐射电磁场在一定距离上随空间角坐标分布的图形。
由于电磁场的矢量特征包含了幅度、相位、极化方向等信息，因此，对应有：幅度方向图、相位方向图。
而电磁场的幅度可用场强和功率密度表示，所以，幅度方向图又分为场强方向图和功率方向图。
除非特殊说明，在一般情况下，通常天线方向图指的是功率方向图，幅度以dB为单位。
根据定义，天线的方向图是三维立体图，但实际获得完整的三维方向图是非常困难的。
通常根据天线的结构特点，选择两个或多个特征面测得该平面内的二维方向图如：E面方向图：通过最大辐射方向并与电场矢量平行的平面；H面方向图：通过最大辐射方向并与磁场矢量平行的平面；水平面方向图（Horizontal）：是指与地面平行的平面内的方向图；垂直面方向图（Vertical）：是指与地面垂直的平面内的方向图。
当天线为垂直极化时，H面近似为水平面，E面近似为垂直面，如果天线为水平极化则情况正好相反。
E面图和H面图只是描述了天线的功率密度的分布情况，但不能定量的反映天线的主要特征。
为了更好的描述天线的方向图，常使用半功率波束宽度、副瓣电平、前后比、第一上副瓣抑制、第一下零点填充等都是描述方向图特征的指标。
2、波瓣：零功率点波瓣宽度：主瓣最大值两边两个零辐射方向之间的夹角。
半功率点波瓣宽度：在E面或H面的等距线上，主瓣最大值两边场强等于最大场强的0.707倍（或一半功率密度）的两辐射方向之间的夹角。
副瓣电平：在E面或H面的等距线上，副瓣最大值与主瓣最大值之比，通常用dB表示。
后瓣：与主瓣相反方向上的副瓣。
前后比：等距线上，主瓣功率密度最大值和后瓣功率密度最大值之比(dB)在实际应用中由于天线的上副瓣信号不能起到覆盖的作用，且常常造成越区覆盖的问题，所以我们会想方设法抑制这个方向上信号的发射，而一般与主瓣方向夹角较小的第一上副瓣的功率密度最大，影响最坏，所以我们以对它的抑制为考察指标：第一上副瓣抑制（FirstUpper Side Lobe Suppression ）。
超宽带天线的研究报告
超宽带天线的研究报告一、引言在当今无线通信领域，超宽带技术因其具有高速率、低功耗、高精度定位等优势而备受关注。
而超宽带天线作为超宽带系统的关键组成部分，其性能的优劣直接影响着整个系统的通信质量和效率。
因此，对超宽带天线的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、超宽带天线的基本原理超宽带天线是指能够在很宽的频带上工作的天线，其相对带宽通常大于 20%。
超宽带天线的工作原理基于电磁波的辐射和接收，通过天线结构的设计和优化，实现对宽频带内电磁波的有效辐射和接收。
超宽带天线的主要性能指标包括带宽、增益、方向性、阻抗匹配等。
带宽是衡量超宽带天线性能的关键指标，它决定了天线能够工作的频率范围。
增益表示天线在特定方向上辐射或接收电磁波的能力，方向性则描述了天线辐射或接收电磁波的方向性特征，阻抗匹配则影响着天线与传输线之间的能量传输效率。
三、超宽带天线的类型（一）单极子天线单极子天线是一种常见的超宽带天线类型，其结构简单，通常由一个垂直的金属导体构成。
单极子天线具有较宽的带宽和良好的辐射特性，但方向性较差。
（二）偶极子天线偶极子天线由两个长度相等、方向相反的金属导体组成。
它在超宽带应用中具有较好的性能，但其尺寸相对较大。
（三）平面天线平面天线是一种结构紧凑、易于集成的超宽带天线类型，如平面单极子天线、平面偶极子天线等。
平面天线具有低剖面、易于制造等优点，在无线通信设备中得到了广泛应用。
（四）缝隙天线缝隙天线是在金属平面上开缝隙形成的天线，通过控制缝隙的形状和尺寸来实现超宽带特性。
缝隙天线具有低剖面、重量轻等优点，但带宽相对较窄。
四、超宽带天线的设计方法（一）数值计算方法数值计算方法是超宽带天线设计中常用的方法之一，如有限元法（FEM）、时域有限差分法（FDTD）等。
这些方法可以精确地模拟天线的电磁场分布和性能，但计算量较大，耗时较长。
（二）经验公式法经验公式法是基于大量实验数据和理论分析得出的一些经验公式，通过这些公式可以快速估算天线的性能参数，为天线设计提供初步的参考。
宝典对数周期天线
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。
超宽带天线特性分析
超宽带天线特性分析关键词宽频带 非频变 CST 仿真 S 参数 超宽带天线 VSWR摘要超宽带天线设计是为了使它能够接收或发送电磁能的脉冲。
UWB 天线设计中一个很大的问题是天线要在一个较宽的频带内保持阻抗基本不变。
本文主要分析了几种理论上的UWB 电振子天线的设计，并且针对V 形天线、平面椭圆偶极子天线的特性特别是领结天线的理论模型和一种实际设计进行仿真，给出其S 参数特性，并比较分析产生变化的可能原因。
简介一、超宽带天线天线是一种将传输线中传导的电磁能转化为空间辐射的电磁能的转换器，也可以看作是一种匹配传输线阻抗和空间阻抗的阻抗变换器。
在实用中，AM 波天线就可以看作是一种超宽频天线。
常用的AM 波天线的频带覆盖了从535到1705kHz 的频率范围，其比例带宽超过了100%。
AM 波用于广播发送的选择性主要是依靠接收天线的窄带特性。
在UWB 天线设计中，最主要的要求就是要使天线能够要在所有的频率范围内同时接收到信号。
这就要求天线在整个频带上有着恒定的或者时可预测的阻抗特性。
UWB 天线首先是非对数周期天线是一种频变天线频变的，有固定的相位中心的。
从右图可以看出，WB 天线特点：传统通信系统相对数周期天线在低频是辐射的强度较大，辐射强度随频率的升高而衰减。
相对的就是非频变天线。
右图下侧的平面椭圆偶极子天线就是一种非频变天线，它辐射的波形接近于高斯脉冲。
这一时域波形在频域上具有极宽的带宽，而且在各频率点上的幅度相近。
U 与比，点就是其系统结构实现的简单化。
U 册通信系统省略了传统以内，再根据经过修改的信道容量公式，其传输速率可达500 需要几十安全性能。
由于UWB 信号一般把信号能量弥散在极宽的频带范围内，个很收发信机的信号延时来测量收发信机之间的距在接收端的SNR(信噪比)。
还可以根据传输距离和数据速据宽频带特性的要求，宽带天线必须在其频带范围内是具有恒定的阻抗L 达到一个波长以上，则外向波的大部分能量被辐射而只有很少的能量被反射。
对数周期天线
“集合线”。
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20821/2/21
在集合线的末端(最长振子处)可以端接与它的特
性阻抗相等的负载阻抗,也可以端接一段短路支节。适
当调节短路支节的长度,可以减少电磁波在集合线终端
的反射。当然，在最长振子处也可以不端接任何负载，
具体情况可由调试结果选定。
对数周期振子阵天线的馈电点选在最短振子处。
天线的最大辐射方向将由最长振子端朝向最短振子的
输入阻抗（容抗）很大，因而激励电流很小，所以它
们的辐射很弱，主要起传输线的作用。在“非激励
区”，由于辐射区的对称振子处于谐振状态，振子的
激励电流很大，已将传输线送来的大部分能量辐射出
去，能够传送到非激励区的能量剩下很少，所以该区
的对称振子激励电流也就变得很小，这种现象就是前
面提到的“电流截断”现象。由于振子的激励电流很
根据对数周期振子阵天线上各部分对称振子的工
作情况，人们把整个天线分成三个工作区域:除“辐射
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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201281/2/21
在“传输区”,各对称振子的电长度很短,振子的
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
作，电尺寸为L2/λ2，其余振子均不工作;当工作频率升高到f2
超宽带天线
超宽带天线研究报告一、背景1.1 超宽带(UWB——Ultra Wide Band)介绍超宽带技术[1-3]的最初形式为脉冲无线通信，起源于20世纪40年代，从其出现到20世纪90年代之前，UWB技术主要作为军事技术在雷达和低截获率、低侦侧率等通信设备中使用。
近年来，随着微电子器件的技术和工艺的提高，UWB 技术开始应用于民用领域。
超宽带通信是一种不用载波，而通过对具有很陡上升和下降时间的脉冲进行调制(通常，脉冲宽度在0.20-1.5ns之间)的一种通信，也称为脉冲无线电(Impulse Radio).时域(Time Domain)或无载波(Carrier Free)通信。
它具有GHz量级的带宽，并因其发射能量相当小，因此可能在不占用现在已经拥挤不堪频率资源的情况下带来一种全新的语音及数据通信方式。
超宽带要求相对带宽[4]比高出20%或者绝对带宽大于0.5GHz，其传输速率可超过100Mbps，具有这样特性的系统称为UWB系统。
图1.1 超宽带频谱图UWB由于占有带宽达到数GHz，即使传送路径特性良好也会产生失真，但其具有以下的优点，使得UWB仍然倍受重视[2]。
1、抗干扰性能强：UWB采用跳时扩频信号，系统具有较大的处理增益，在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中，输出功率甚至低于普通设备产生的噪声。
接收时将信号能量还原出来，在解扩过程中产生扩频增益，因此，在同等码速条件下，UWB具有更强的抗干扰性。
2、传输速率高：UWB的数据速率可以达到几十Mbps到几百Mbps.3、带宽极宽：UWB使用的带宽在1GHz以上。
超宽带系统容量大，并目可以和目前的窄带通信系统同时工作而互不干扰。
4、消耗电能小：通常情况下，尤线通信系统在通信时需要联系发剔载波，因此，要消耗一定电能。
而UWB不使用载波，只是发出瞬时脉冲电波，则只在需要时才发送脉冲电波，所以消耗电能小。
5、保密性好：UWB保密性能表现在两方面:一方面是采用跳时扩频，接收机只有己知发送端扩频码时才能解出发射数据:另一方面是系统的发射功率谱密度极低，用传统的接收机无法接收。
超宽带平面天线技术
超宽带平面天线技术随着科技的迅速发展，超宽带平面天线技术在许多领域展现出巨大的潜力和应用价值。
本文将详细介绍超宽带平面天线技术的基本原理、技术特点、发展趋势以及实际应用案例，旨在帮助读者更好地理解和把握这一前沿技术。
超宽带平面天线技术是指在宽阔的频率范围内，利用平面结构的天线来捕捉和辐射电磁波。
与传统天线相比，超宽带平面天线具有许多独特优势，如体积小、重量轻、制造成本低、易于集成等。
因此，超宽带平面天线技术在无线通信、探测成像、雷达等领域具有广泛的应用前景。
超宽带平面天线技术的技术特点主要包括以下几个方面：首先，它采用平面结构，易于加工和制作，可以实现批量生产和集成化；其次，它具有宽频带特性，可以在很宽的频率范围内保持稳定的性能；第三，它采用辐射状传输，可以提高信号的抗干扰能力和传输效率；最后，它具有小型化和多样化的特点，可以根据不同需求进行定制化设计。
未来，超宽带平面天线技术的发展趋势将更加明显。
随着5G、6G等无线通信技术的快速发展，超宽带平面天线技术的需求将不断增加。
同时，随着材料科学和制造技术的进步，超宽带平面天线的性能和可靠性也将得到进一步提升。
此外，超宽带平面天线技术的多样化应用也将推动其不断创新和发展。
实际应用案例是超宽带平面天线技术的重要体现。
在无线通信领域，利用超宽带平面天线技术可以实现高速、可靠的数据传输。
例如，在智能交通领域，通过使用超宽带平面天线技术，可以实现车辆与车辆之间、车辆与道路基础设施之间的实时通信，提高交通安全性和效率。
在医疗领域，超宽带平面天线技术可以应用于远程医疗和无创检测，提高医疗水平和治疗效果。
总之，超宽带平面天线技术是一种具有重大意义和应用价值的前沿技术。
在未来的科技发展中，超宽带平面天线技术将继续发挥重要作用，推动无线通信、探测成像、雷达等领域的技术进步。
随着应用领域的不断拓展和创新，超宽带平面天线技术的应用前景也将更加广阔。
因此，我们应该积极和探索这一新技术，为推动人类社会的技术进步做出贡献。
超宽带天线
微波毫米波新技术研讨课课程报告超宽带天线一、超宽带天线概述传统超宽带天线主要形式为：阿基米德平面螺旋天线、平面等角螺旋天线、圆锥等角螺旋天线、平面喇叭天线、高斯褶皱喇叭天线以及对称振子天线的各种变形等等。
但随着对超宽带技术的研究越来越深入细致，超宽带天线的研究也分成了两个主要的不同方向：一种是针对瞬态时变，即窄脉冲宽频带信号的辐射，如偶极子天线的各种变形、平面槽天线等；一种是针对宽频带连续波信号的辐射，如螺旋天线、对数周期天线、双圆锥天线和喇叭天线等。
在许多应用领域中，如电视。
调频广播、遥测技术、宇航和卫星通信等，都要求设备具有宽带化、公用化等特点。
天线作为辐射和接收电磁波的重要部件，是无线电系统中的重要组成部分，无线电设备的发展趋势要求天线能在较宽的频带范围内有效的工作。
因此，宽频带天线的研究已成为天线领域的一个重要分支。
一般来说，天线的各项电特性指标都是随频率变化的，因而天线带宽也就取决于各项电特性指标的频率特性，在确定天线带宽时，应以其中最严格的要求作为天线带宽的确定依据。
二、天线带宽的限制因素天线的带宽取决于各项电特性指标的频率特性。
通常，天线的主要电特性指标均有其各自定义的带宽。
1.方向图带宽当频率偏离设计频率时，天线方向图可能发生主板偏移、主瓣分裂、副瓣电平增大、前后辐射比下降等。
一般来说，高品端方向图易迅速恶化，它往往是限制上限工作频率的主要因素。
2.增益带宽通常定义增益下降到最大增益值的50%时，相应的频带宽度为3dB增益带宽。
通常，随频率降低，天线增益明显下降，它往往限制天线工作频率的上限。
3.输入阻抗带宽当天线输入端电压一定时，输入电流会随着频率变化而改变，输入阻抗随频率变化。
因而可通过计算天线输入端电流的变化来计算天线的阻抗带宽。
此外，也可用馈线上的电压驻波比来表示。
4.极化带宽对于圆极化天线，工程上常以最大辐射方向上或主瓣半功率波瓣宽度内，轴比小于某一规定值来确定极化宽度。
超宽带天线
Si D=S/Si S
图 2. 辐射方向图 F(θ,φ)和方向性 D。S 和 Si 分别 是同距离处的实际功率密度和各向同性功率密度
极化：一个发射天线辐射时，其最大辐射方向上，随着时间变化 电场矢量（端点）在空间描出的轨迹。天线的极化形式分为线极化，
圆极化和椭圆极化三种。线极化和圆极化是椭圆极化的特例。圆极化 又分为正交的左旋和右旋圆极化。 椭圆极化波可分解为两个旋向相反 的圆极化波。 两种正交极化的电磁场可以在相同频率上传输不同的信 息（极化复用） 。接收天线的极化与来波一致称为极化匹配。 输入阻抗：天线馈电端口电压和电流之比称为天线输入阻抗。设 计天线的一个很重要的工作是使天线输入阻抗与标准馈线的特性阻 抗匹配。 天线输入阻抗取决于天线的工作原理， 结构尺寸， 周围介质， 工作环境以及工作频率。一般情况下，输入阻抗包含了输入电阻和输 入电抗。输入电阻又包含辐射电阻和损耗电阻。为了实现匹配，首先 要消去天线的输入电抗。 带宽：在该频率范围内，一个选定的天线参数或者一组天线参数 的变化是可以接受的。有方向图带宽﹑增益带宽﹑输入阻抗带宽等， 用得较多的是天线输入阻抗带宽。 波束扫描：辐射方向图在空间中运动情况，或者机械扫描，或者 电扫描，或者二者结合起来实现波束扫描。 系统考虑：尺寸，重量，功率容量，雷达截面，工作环境条件， 费用等等。
B A
（1.6）
代入式(1.1)可以得到
E A t
（1.7）
A 为矢量位，φ 是标量位。A 和 φ 一共只有四个分量。任意一个矢量 场如果只给出它的旋度，则这个矢量场并不是唯一的，规定
A 0 t
(1.8)
这个关系称之为洛仑兹规范。应用洛仑兹规范可以得到矢量位 A 和 标量位 φ 满足的波方程
12-对数周期天线与平面超宽带天线 天线原理
第12讲 对数周期天线 与平面超宽带天线
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@
2014/4/9
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
因此，可以看出，对数周期天线完全满足了非频
South China University of Technology
2 tan 1 (
1 ) 14.00 4
(2)最低和最高工作频率对应的波长为： max c / f min 1.5m min c / f max 0.5m
最长和最短的振子长度： lmax max / 2 0.75m lmin min / 2 0.25m (3) n 1 13.68 为了增加高频特性，在短振子端增加 了4个额外的单元,故总单元数为18。 (4)仿照上例可以求出所有振子的长度和间隔。
2 tan (
4 ) 33.26
(2)最低和最高工作频率对应的波长为：
max c / fmin 5.55m
min c / f max 1.388m
最长和最短的振子长度：
lmax max / 2 2.778m lmin min / 2 0.694m
UWB天线的简介
超宽带及其应用超宽带技术的最初形式为脉冲无线通信，起源于20世纪40年代，从其出现到20世纪90年代之前，UWB技术主要作为军事技术在雷达和低截获率、低侦侧率等通信设备中使用。
近年来，随着微电子器件的技术和工艺的提高，UWB技术开始应用于民用领域。
超宽带通信是一种不用载波，而通过对具有很陡上升和下降时间的脉冲进行调制(通常，脉冲宽度在0.20-1.5ns之间)的一种通信，也称为脉冲无线电(Impulse Radio).时域(Time Domain)或无载波(Carrier Free)通信。
它具有GHz量级的带宽，并因其发射能量相当小，因此可能在不占用现在已经拥挤不堪频率资源的情况下带来一种全新的语音及数据通信方式。
超宽带要求相对带宽[4]比高出20%或者绝对带宽大于0.5GHz，其传输速率可超过100Mbps，具有这样特性的系统称为UWB系统。
图1.1 超宽带频谱图UWB由于占有带宽达到数GHz，即使传送路径特性良好也会产生失真，但其具有以下的优点，使得UWB仍然倍受重视。
1、抗干扰性能强：UWB采用跳时扩频信号，系统具有较大的处理增益，在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中，输出功率甚至低于普通设备产生的噪声。
接收时将信号能量还原出来，在解扩过程中产生扩频增益，因此，在同等码速条件下，UWB具有更强的抗干扰性。
2、传输速率高：UWB的数据速率可以达到几十Mbps到几百Mbps.3、带宽极宽：UWB使用的带宽在1GHz以上。
超宽带系统容量大，并目可以和目前的窄带通信系统同时工作而互不干扰。
4、消耗电能小：通常情况下，尤线通信系统在通信时需要联系发剔载波，因此，要消耗一定电能。
而UWB不使用载波，只是发出瞬时脉冲电波，则只在需要时才发送脉冲电波，所以消耗电能小。
5、保密性好：UWB保密性能表现在两方面:一方面是采用跳时扩频，接收机只有己知发送端扩频码时才能解出发射数据:另一方面是系统的发射功率谱密度极低，用传统的接收机无法接收。
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LPDA上的 电流分布可 以利用数值 方法算出。
South China University of Technology
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
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
South China University of Technology
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
th China University of Technology
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。
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
South China University of Technology
第12讲内容
对数周期天线 平面超宽带天线
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
tan ln ln1
2 2rn 2rn1
即，每一个振子的长度与到顶点的间距的比例保 持常数
ln1 ln rn1 rn
几何因子定义为相邻振子的长度比，显然也等于 到顶点的距离比
ln1 rn1 1
ln
rn
ln1 n
l1
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
South China University of Technology
对数周期天线的宽带原理
我们知道，在很宽频段内，天线的电长度l/如果
保持不变，则必然为非频变天线。 对数周期天线满足 ln1 / ln ，如果工作波长也满
足 n1 / n ，或工作频率满足 fn1 / fn 1 / ，则 ln1 / n+1 ln / n ，满足非频变特性，这时
子 。三个参数中任意指定两个，就可以确定第三
个。
振子数为 n 1 ln lmin / lmax 1
ln
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
South China University of Technology
天线 Antennas
第12讲 对数周期天线 与平面超宽带天线
2014/4/10
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@
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例题：设计一对数周期偶极阵用作VHF电视与FM广 播接收天线，其工作频段为54-216MHz(4:1带宽）， 要求天线具有6.5dB的增益。
(1)根据上图查得，最佳设计对应的=0.822, =0.149，
计算得
2 tan1(1 ) 33.26o 4
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对称振子的长度沿线递增，且保持与顶点构成的 角度不变
(2)最低和最高工作频率对应的波长为：
max c / fmin 5.55m min c / fmax 1.388m
最长和最短的振子长度：
lmax max / 2 2.778m lmin min / 2 0.694m
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天线的馈线 从短振子的 一端接入。 且在相邻振 子间作交叉 馈电。
天线最后的 长振子馈电 端口可以开 路、接匹配 负载或一段 短路线（用 于调配）。
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因此，可以看出，对数周期天线完全满足了非频 变天线的几个要点：
天线的几何结构只与角度有关：振子长度与顶 点构成的角度不变。
天线具有自相似性：随着频率从低到高，辐射 区从长振子区向短振子区移动，反之亦然。
弱终端效应：电磁波经过辐射区的辐射，到达 后面的长振子区域时，已经很弱，恰好满足了 弱终端效应。
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LPDA的设计取决几何因子和间距因子。增益等 值线作为和的函数曲线如下图所示。对应某一 值，存在一个最佳的 。
间 距 因 子
0.80
几何因子
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主振子前较短的振子相当于引向器，经过交叉馈 电后，电流相位超前于主振子。可见辐射区的振 子构成了引向天线，最大辐射方向指向馈电端。
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f＝ 200 MHz G＝ 8.75 dB Zin＝ 69－ j 7
9 0°1
1 20 °
6 0°
1 50 °
0 .5
3 0°
1 80 °
0°
2 10 °
3 30 °
2 40 °
3 00 °
2 70 °
LPDA的方向图、增益和输入阻抗
当电磁波从短振子端馈入时，由于短振子辐射很 小，电磁波主要是通过双导线传输到辐射区，所 以短振子所构成的区域也称为传输区。
电磁波到达辐射区时，长度接近半波长的振子上 的电流最大，辐射最强，称为主振子。在它后面 较长的振子犹如一个反射器，称为反射振子。如 果电磁波是直接通过双导线馈入到反射振子上， 其上的电流相位势必滞后于主振子。但通过交叉 馈电，使得反射振子上的电流相位超前主振子， 因而保证了天线阵的最大辐射方向朝向馈电端。
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12.1 对数周期天线
对数周期天线的结构 对数周期天线（log-periodic antenna）的形式很
多。最具代表性的是由对称振子组成的对数周期 天线阵（log-periodic dipole antenna，LPDA） 。 LPDA由N+1个并列的对称振子组成。
需要说明的是，严格地说，对数周期天线只在一 些离散频率点（fi,i=1,2,…,n+1)上非频变，在这 些频率之间，天线性能会有一些变化，不过只要 满足指标要求，依然是宽频带的。
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而长度远大于半波长的振子区域几乎处于未激 励状态，输入阻抗呈现感性，几乎没有辐射。
因此，对数周期天线始终只是部分天线辐射。随 着频率从低到高，辐射区从长振子区向短振子区 移动，反之亦然。
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例题：设计一工作频段为200-600MHz的LPDA，增益 要求9dBi。
(1)由图查得，=0.917, =0.169，因此
2 tan1(1 ) 14.00 4
(2)最低和最高工作频率对应的波长为： max c / fmin 1.5m min c / fmax 0.5m