一种超宽带对数周期天线及其制作方法

文档序号:9419392阅读:1459来源:国知局
一种超宽带对数周期天线及其制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种天线,特别是设及一种超宽带对数周期天线及其制作方法,属于 微波与天线技术领域。
【背景技术】
[0002] 对数周期天线是一种常见的宽带天线,由于其良好的宽带特性,在短波、超短波及 微波波段范围内获得广泛的应用,如天波传播的通信天线、电视共用天线系统的接收天线 及抛物面或透镜天线的初级福射器或相控阵天线阵的福射单元等。
[0003] 对数周期天线是把一些天线按照某一种规律排列(如周期性排列),使其形成自 相似结构,其天线的电特性随频率的对数作周期性变化。其中,按某一种规律排列的运些天 线包括多种类型,如齿片形、偶极子、八木天线等,其中最典型且应用最多的就是对数周期 偶极子天线。
[0004] 现有技术中无论采用哪种类型的天线,一般的设计方法,大都通过天线工程设计 书的图表,找出最佳的天线比例常数T和天线间隔常数O;然后根据传统对数周期天线的 一整套设计流程,把频带内的最高频率和最低频率代进去,计算出天线夹角、各偶极子长度 和间距。然而,运样设计出的对数周期天线虽然能在设计频带范围内获得方向图不分裂,满 足天线方向图设计要求;但是,其天线驻波比却难W满足工程实际要求。

【发明内容】
阳〇化]本发明的主要目的在于,克服现有技术中的不足,提供一种超宽带对数周期天线 及其制作方法,可大幅减少设计时间和成本,使天线驻波比性能得到最优化,而且通过操 作方便的制作方法制得的对数周期天线具有结构简单、拆装方便、安全可靠、实用性强等优 点。
[0006] 为了达到上述目的,本发明提供的对数周期天线所采用的技术方案是:
[0007] 一种超宽带对数周期天线,包括相互平行设置的上馈管和下馈管,所述上馈管从 首端至尾端按序成对设置有长度递减的偶极子,所述下馈管内设有同轴馈线。
[0008] 其中,所述偶极子包括排序第一的首根偶极子,排序末位的末根偶极子,W及位于 首根偶极子和末根偶极子之间的若干根的中间偶极子;所述上馈管和下馈管均为尺寸相同 的馈管;所述同轴馈线包括同轴馈线外导体,和包覆于同轴馈线外导体内的同轴馈线内导 体;所述同轴馈线内导体的一端延伸出同轴馈线外导体的一端头、并从位于下馈管管身的 开孔引出后焊接于上馈管管身的馈电处,所述馈电处位于末根偶极子和上馈管尾端之间并 靠近上馈管尾端。
[0009] 而且,所述上馈管与下馈管之间的距离X等于馈管尺寸W的[1.44-1.46]倍,即 1. 44W《X《1. 46W;所述末根偶极子与馈电处之间的距离Y等于末根偶极子长度Lmm和 天线间隔常数O乘积的[1.9-2. 5]倍,即1.9O礼Y《2.5O礼mi。;所述末根偶极 子与上馈管尾部之间的距离Z等于末根偶极子与馈电处之间距离Y的[1. 0-1. 5]倍,即 I.OY《Z《I. 5Y。
[0010] 本发明进一步设置为:所述馈管为方管或圆管,所述馈管尺寸W为方管边长或圆 管直径。
[0011] 本发明进一步设置为:所述方管包括立方管、正=边形管或正多边形管。
[0012] 本发明进一步设置为:所述上馈管与下馈管之间的距离X等于馈管尺寸W的1. 45 倍,即X= 1. 45W;所述末根偶极子与馈电处之间的距离Y等于末根偶极子长度Lmi。和天线 间隔常数O乘积的2倍,即Y= 2O礼mm;所述末根偶极子与上馈管尾部之间的距离Z等于 末根偶极子与馈电处之间距离Y的1. 15倍,即Z= 1. 15Y。
[0013] 本发明还提供一种超宽带对数周期天线的制作方法,包括W下步骤:
[0014] 1)选取天线比例常数T和天线间隔常数O;
[0015]按照天线比例常数T、天线间隔常数O与天线增益的关系,根据天线增益的设计 要求,选取对应的天线比例常数T和天线间隔常数O;
[0016] 。计算首根偶极子的长度Lm。,;
[0017] 根据公式(1)和公式(2)计算首根偶极子的长度: 柳化]Lmax=Ki入L(1)
[0019] Ki= 1. 01-0. 519T似
[0020] 其中,Lmax为首根偶极子的总长度,AL为最长波长,K1为低端截止常数;
[0021] 3)计算偶极子的总对数N;
[0022] 根据公式(3)和公式(4)或公式(5)计算偶极子的总对数N:
[0023]
(3)
[0024] Kz= 7. 10T3-21. 3T2+21. 98T-7. 30+O(21. 82-66T+62. 12T2-18. 29T3) (4)
W对或, ISi
[0026] 其中,Kz为高端截止常数,Bs=B[1.1+30. 7O(I-T)],天线带宽B=fmax/fmm;
[0027] 4)计算中间偶极子的长度和中间偶极子的间距,获得末根偶极子的长度Lmi。;
[0028] 计算公式如下:
[0029]
[0030] Li= LK 1 A,
[0031] Li= T 1 V 阳03引 Ln= TLi, 阳的3] di= 2 OLi= 2OLmax,
[0034] 山二 T 1 1中,
[0035] 其中,i= 1,2, . ..,N;末根偶极子的长度Lmi。为第N个偶极子的长度LW,首根偶 极子的长度Lm。、为第1个偶极子的长度L1;
[0036] 5)确定上馈管与下馈管之间的距离X;
[0037] 根据选用的馈管尺寸W,在上馈管与下馈管之间的距离X等于馈管尺寸W的
[I. 44-1. 46]倍,即I. 44W《X《I. 46W的范围内确定X的取值;
[0038] 6)确定末根偶极子与馈电处之间的距离Y ;
[0039] 根据步骤1)选取的天线间隔常数O和步骤4)获得的末根偶极子长度Lmi。,在 末根偶极子与馈电处之间的距离Y等于末根偶极子长度Lmi。和天线间隔常数O乘积的 [1. 9-2.引倍,即1. 9O礼"。《Y《2. 5O礼mJ勺范围内确定Y的取值;
[0040] 7)确定末根偶极子与上馈管尾部之间的距离Z;
[0041] 根据步骤6)确定的末根偶极子与馈电处之间的距离Y,在末根偶极子与上馈管尾 部之间的距离Z等于末根偶极子与馈电处之间距离Y的[1. 0-1. 5]倍,即1.OY《Z《1. 5Y 的范围内确定Z的取值;
[0042] 本发明方法进一步设置为:所述步骤5)确定上馈管与下馈管之间的距离X等于馈 管尺寸W的1. 45倍,即X= 1. 45W,选用的馈管尺寸W为立方管的边长;所述步骤6)确定末 根偶极子与馈电处之间的距离Y等于末根偶极子长度Lmi。和天线间隔常数O乘积的2倍, 即Y= 2O礼mm;所述步骤7)确定末根偶极子与上馈管尾部之间的距离Z等于末根偶极子 与馈电处之间距离Y的1. 15倍,即Z= 1. 15Y。
[0043] 与现有技术相比,本发明具有的有益效果是:
[0044] 本发明提供的超宽带对数周期天线结构简单、拆装方便、安全可靠、实用性强,所 需设计成本较低,不仅天线方向图可满足设计要求,而且最重要的是可使天线驻波比性能 得到最优化;本发明提供的超宽带对数周期天线的制作方法,操作方便,设计流程简单,可 大幅减少设计时间和成本,设计参数调整后重新设计亦快速简捷。
[0045] 上述内容仅是本发明技术方案的概述,为了更清楚的了解本发明的技术手段,下 面结合附图对本发明作进一步的描述。
【附图说明】
[0046]图1为本发明一种超宽带对数周期天线的结构示意图;
[0047] 图2为本发明实施例1的天线驻波比仿真图; W48] 图3为本发明实施例2的天线驻波比仿真图;
[0049] 图4为本发明实施例3的天线驻波比仿真图;
[0050] 图5为本发明实施例4的天线驻波比仿真图。
【具体实施方式】
[0051] 下面结合说明书附图,对本发明作进一步的说明。
[0052] 如图1所示的一种超宽带对数周期天线,包括相互平行设置的上馈管1和下馈管 2,所述上馈管1从首端至尾端按序成对设置有长度递减的偶极子3,所述下馈管2内设有同 轴馈线4;所述偶极子3包括排序第一的首根偶极子31,排序末位的末根偶极子32,W及位 于首根偶极子31和末根偶极子32之间的若干根的中间偶极子33;所述上馈管1和下馈管 2均为尺寸相同的馈管。
[0053] 所述同轴馈线4包括同轴馈线外导体41,和包覆于同轴馈线外导体41内的同轴馈 线内导体42 ;所述同轴馈线内导体42的一端延伸出同轴馈线外导体41的一端头、并从位 于下馈管2管身的开孔21引出
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