对数周期天线的详解

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。

对数天线,八木天线与栅格天线的区别
对数天线、八木天线和栅格天线都是不同类型的室外天线，它们在结构、性能和应用场景上存在一些区别。

对数天线：这是一种八木的升级版，增加了外层保护罩，方向性比较强。

对数周期天线价格昂贵，但可以使用在多种频率和仰角上，其方向性更强，对无用方向信号的衰减更大。

对数天线主要用于链路中继、无线电测向等，特别适用于中、短波通信。

八木天线：这是一种增益较高的定向天线，由日本东北大学的八木秀次和宇田太郞两人发明。

它具有增益较高、结构轻巧、架设方便、价格便宜等优点，特别适用于点对点的通信或者将室外信号引入到室内。

八木天线在短波通信中通常用于大于6 MHz以上频段，应用于窄带和高增益短波通信，可架设安装在铁塔上，具有很强的方向性。

八木天线的单元数越多，其增益越高，通常采用6-12单元的八木定向天线，其增益可达10-15dBi。

栅格天线：外观呈渔网状，一般用在偏远山区地方、或者偏僻的城中村，具体要看实际情况搭配套装使用。

有的栅格天线采用栅状结构，一是为了减轻天线的重量，二是为了减少风的阻力。

综上所述，对数天线、八木天线和栅格天线在结构、性能和应用场景上各有特点。

对数天线方向性强，适用于中、短波通信；八木天线增益高、价格便宜，适用于点对点通信和室外信号引入；而栅格天线则主要用在特定环境如偏远山区或城中村。

选择哪种天线主要取决于具体的需求和场景。

TN332高增益对数周期天线
主要指标
a)工作频率：100MHz～1350MHz；
b)极化方式：线极化（垂直）；
c)方向性增益：≥8dBi（典型值）；
d)H面波束宽度：≥80度（典型值）；
e)输出驻波：≤2.5（典型值）；
f)尺寸： 4.5*1.7米
g)输出接口：N-50K(不锈钢)。

环境适应性要求：
本产品使用在亚湿热沿海地区，紧邻海边，产品应有良好的三防性能。

a)工作环境温度：-40℃～+60℃；
b)贮存温度：-55℃～+70℃；
c)相对湿度：≤100%。

d)三防：防潮、防霉、防盐雾、不产生明显霉变和腐蚀；
e)抗风能力：40m/s风速时正常工作，50m/s风速时不破坏；
f)抗雷击能力：具有抗感应雷击能力，有避雷接地点；
g)线缆接头进行防护处理；
增益仿真图
驻波仿真图。

LPDA综述与设计摘要：本文主要对对数周期天线的国内外发展现状进行了简单总结，主要是从分析方法上进行了阐述。

在这基础上设计了一个工作于470MHz~890MHz频带、增益为不小于9dB的对数周期振子天线（LPDA）。

1.对数周期振子天线(CPLD)国内外研究现状综述对数周期天线是非频变天线的一种类型，是由V.H.Rusmey[1]在1957年提出的。

它根据“相似”的概念构成，即当天线按照某一特定的比例因子τ变换后，仍然为其原来的结构。

天线的特性随频率的对数作周期变化，只要在一周期内天线性能指标变化很小，就有可能达到非频变天线的基本要求。

而且，不同于等角螺线天线是一种结构连续的自相似结构，对数周期天线是一种离散的自相似结构。

目前，对数周期天线已成功地应用于10:1或15:1的频程范围。

对数周期天线(LPA,Log-Periodic Antenna)由图1所示的蝴蝶结天线演变而成，蝴蝶结天线是由无限长双圆锥天线发展而成的，在垂直于天线平面方向上具有双向辐射的性能，辐射线极化波。

但由于径向电流在天线末端突然中止，因此它具有有限的带宽。

图1蝴蝶结天线图2平面齿对数周期天线对蝴蝶结天线进行改进，按照自补偿原理和周期性结构的特点，就构成了如图2的平面齿对数周期天线，它具有宽频带特性。

图中，除了齿以外它相似于蝴蝶结天线，齿的分布是按照等角螺旋线设计的。

对数周期天线的结构形式很多，臂可以由金属片或线制成，齿可以是三角形或梯形等。

为获得单方向性，可以将两臂以一定角度对折成V形。

从结构观点来看，希望齿形天线的齿做成直的。

图3及图4是两种常见的形式，图3是将图2的弯齿拉直，称为对数周期梯形天线；而图4是将图3的板面改成导线（通常是为了减轻重量）。

它们都是双向辐射的，即在垂直于板面的前后两方有最大辐射。

图3 对数周期梯形天线图4导线对数周期天线60年代对数周期天线有了新的发展，提出了对数周期振子天线(LOG-PERIODIC DIPOLE ARRAYS)，简称LPDA（如图5所示），这是一种结构简单、性能优良的极宽频带天线。

EMC 、RF 测试常用天线简介天线在EMC 、RF 测试，测量中运用相当普遍，常用天线如下：1、双锥天线：常用于RSE 替代法测试。

常用工作频段：30MHz~300MHz双锥天线2、对数天线：常用于辐射场地NSA 校准。

常用工作频段：30MHz~1GHz对数天线3、对数周期天线：常用于辐射骚扰/辐射杂散低频测试。

常用工作频段：30MHz~3GHz 对数周期天线4、三环天线：常用于灯具产品磁场辐射测试。

常用工作频段：9KHz~30MHz 三环天线5、喇叭天线：常用于辐射骚扰/辐射杂散高频测试。

常用工作频段：1GHz~18GHz 喇叭天线6、偶极子天线：常用于场地衰减和天线系数的测量中。

常用工作频段：30MHz~4GHz 偶极子天线7、环天线：常用于低频磁场测试。

常用工作频段：9KHz~30MHz 环天线在进行EMC 和RF 测试中，以下的几个基本概念需要有所掌握：天线的极化方向经常有客户问什么是垂直什么是水平啊，天线向周围空间辐射电磁波。

电磁波由电场和磁场构成。

人们规定：电场的方向就是天线极化方向。

一般使用的天线为单极化的。

下图示出了两种基本的单极化的情况天线的极化方向波瓣宽度波束宽度指的是在天线峰值响应的方向上，两个半功率点之间的角度，波束宽度有E面和H面两个分量，两者不一定完全相等，如果某一天线的增益设计为正，则它的波束宽度和增益常常正好相反。

方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。

在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低3 dB （功率密度降低半）的两点间的夹角定义为波瓣宽度（又称波束宽度或主瓣宽度或半功率角）。

波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。

波瓣宽度天线增益增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。

它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。

增益显然与 天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。

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。

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。