一种基于渐变因子的对数周期天线小型化方法技术

本发明专利技术提供的一种基于渐变因子的对数周期天线小型化方法，包括确定对数周期天线的结构参数τ和σ；基于所述对数周期天线频带内驻波平缓且最小的需求，估算结构参数τ和σ的渐变因子δτ和δσ的数值；基于所述对数周期天线频带内任一频率处增益越高越好的需求，调整所述渐变因子δτ和δσ的数值；利用公式计算所述对数周期天线的纵向长度L。因此，本发明专利技术通过渐变因子δτ和δσ的引入可以有效缩短对数周期天线的纵向尺寸，很好地实现了天线带内特性均衡与其尺寸缩小之间的平衡，为对数周期天线的小型化设计提供新的研究思路。

【技术实现步骤摘要】
一种基于渐变因子的对数周期天线小型化方法
本专利技术涉及对数周期天线的小型化设计
，尤其涉及一种基于渐变因子的对数周期天线小型化方法。
技术介绍
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这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。现有技术中无论采用哪种类型的天线，在技术指标相同的前提下，天线频带越宽，其纵向长度的尺寸越长，工程实现也越困难。也就是说，若能有效缩短其纵向长度，将会拓宽对数周期天线的频带宽度。同时天线长度尺寸的减小，可以有效提高其机动灵活性，满足更多无线电设备的需要，还可使其适用于一些复杂、特殊的环境。并且增强天线的隐蔽性，这将具有重要的军事效益。另外，在材料、人力等相对紧缺的当下，这一工作还具有显著的经济效益。目前，在确定天线纵向长度时通常采用如下公式计算：或，其中，N大于等于2，λmax为最大工作波长，τ为比例因子，σ为间隔因子。从上述公式(1)、(2)中可以明显得知，对数周期偶极子天线的工作频带Bs、两个结构参数τ和σ一经确定，天线的纵向尺寸也就确定了。因此要缩短天线的纵向长度只能考虑改变结构参数。此时，对于天线结构参数τ和σ的选择，应在满足所要求的增益、方向图、输入阻抗或驻波比等电特性指标的前提下，尽量使结构具有最小尺寸。进一步由公式(1)式可以看出，适当选取τ和σ使α增大，可缩短天线纵向长度的尺寸。例如将α从小于20°增大到44°，天线的纵向长度可以由至少270米缩短到129米，减少了一半以上。然而作为公知常识，随着张角α的增大，天线带内增益降低，且其在频带内性能起伏变化增大，方向图主瓣往往出现分裂。此外由公式(2)式可以看出，缩短振子尺寸也可以减小天线的纵向长度。同时现有技术还可采用加载偶极子、三角环天线、分形单元天线、领结天线、将领结天线与顶端加载技术结合等方法都可以在一定程度上缩短对数周期天线的纵向长度，且其天线的纵向长度缩短的程度由振子尺寸的缩短程度直接决定。然而作为公知常识，通过缩短振子尺寸来缩短天线的纵向长度的方式会在一定程度上影响天线带内特性均衡与其纵向长度缩短之间的平衡。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种基于渐变因子的对数周期天线小型化方法，以解决现有技术中通过改变结构参数τ和σ，或缩短振子尺寸来缩短天线的纵向长度导致的天线带内增益降低，频带内性能起伏变化增大，方向图主瓣往往出现分裂，以及天线带内特性均衡与其纵向长度缩短之间的平衡受到影响的问题。技术方案如下：本专利技术提供的一种基于渐变因子的对数周期天线小型化方法，包括：确定对数周期天线的结构参数τ和σ，其中所述τ为比例因子，所述σ为间隔因子；基于所述对数周期天线频带内驻波平缓且最小的需求，估算结构参数τ和σ的渐变因子δτ和δσ的数值；基于所述对数周期天线频带内任一频率处增益越高越好的需求，调整所述渐变因子δτ和δσ的数值；利用公式计算所述对数周期天线的纵向长度L；其中，λmax为最大工作波长，δτj和δσj分别为第j个振子处的渐变因子δτ和δσ，N为大于等于2的正整数。优选地，所述基于所述对数周期天线频带内驻波平缓且最小的需求，估算结构参数τ和σ的渐变因子δτ和δσ的数值包括：利用公式计算所述结构参数τ和σ的渐变因子δτ和δσ的数值；其中，λk为所述对数周期天线的工作波长，hn为所述对数周期天线中第n个对称振子的臂长；其中τi、τn、σn分别为所述对数周期天线中第i个和第n个振子处的结构参数；其中，所述Zon为所述对数周期天线中分馈线未加载振子时的特性阻抗，Dn为所述对数周期天线中第n个对称振子处分馈线之间的距离，d为分馈线的直径；为所述对数周期天线中第n个对称振子的特性阻抗。优选地，还包括：利用公式计算所述对数周期天线频带内驻波的特性；其中，M为所述对数周期天线频带内采样点总数；VSWRi为所述对数周期天线频带内第i个采样点的驻波；兼顾所述对数周期天线频带内驻波的特性，利用公式f1＝min|Rmax-Rmin|2优化计算所述渐变因子δτ和δσ的数值；其中，Rmax、Rmin分别为所述对数周期天线中天线分馈线对称振子加载处的特性阻抗的最大值和最小值。优选地，所述基于所述对数周期天线频带内任一频率处增益越高越好的需求，调整所述渐变因子δτ和δσ的数值包括：根据所述对数周期天线电特性指标的变化趋势，确定所述渐变因子δτ和δσ的变化趋势；依据所述渐变因子δτ和δσ的变化趋势调整所述渐变因子δτ和δσ的数值。优选地，还包括：利用公式计算所述对数周期天线频带内任一频率处增益的特性；其中，M为所述对数周期天线频带内采样点总数；Gaini为所述对数周期天线频带内第i个采样点的增益；兼顾所述对数周期天线频带内任一频率处增益的特性，利用公式f3＝min|Gainmax-Gainmin|2优化调整所述渐变因子δτ和δσ的数值。优选地，所述利用公式计算所述对数周期天线的纵向长度L具体包括：当确定所述渐变因子δτ和δσ的数值从低频到高频线性减小时，利用公式计算所述对数周期天线的纵向长度L。优选地，所述利用公式计算所述对数周期天线的纵向长度L前，所述方法还包括：基于仿真结果，结合所述对数周期天线的其他电特性指标优化所述渐变因子δτ和δσ的数值。优选地，所述其他电特性指标包括以下至少一种或多种：所述对数周期天线的工作频率、增益值、方向图、输入阻抗、电压驻波比和极化形式。应用上述技术方案，本专利技术提供的一种基于渐变因子的对数周期天线小型化方法，包括确定对数周期天线的结构参数τ和σ；基于所述对数周期天线频带内驻波平缓且最小的需求，估算结构参数τ和σ的渐变因子δτ和δσ的数值；基于所述对数周期天线频带内任一频率处增益越高越好的需求，调整所述渐变因子δτ和δσ的数值；利用公式计算所述对数周期天线的纵向长度L。因此，本专利技术通过渐变因子δτ和δσ的引入可以有效缩短对数周期天线的纵向尺寸，很好地实现了天线带内特性均衡与其尺寸缩小之间的平衡，为对数周期天线的小型化设计提供新的研究思路。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术提供的一种基于渐变因子的对数周期天线小型化方法的流程图；图2为本专利技术提供的一种基于渐变因子的对数周期天线小型化方法中的仿真结果示意图；图3为本专利技术提供的一种基于渐变因子的对数周期天线小型化方法中的另一仿真结果示意图；图4为本专利技术根据优化结果设计制作的对数周期天线实体示意图；图5为本专利技术测试对数周期天线的实际测试结果图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在介绍本专利技术的技术方案之前，专利技术人首先需要对对数周期天本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于渐变因子的对数周期天线小型化方法，其特征在于，包括：确定对数周期天线的结构参数τ和σ，其中所述τ为比例因子，所述σ为间隔因子；基于所述对数周期天线频带内驻波平缓且最小的需求，估算结构参数τ和σ的渐变因子δτ和δσ的数值；基于所述对数周期天线频带内任一频率处增益越高越好的需求，调整所述渐变因子δτ和δσ的数值；利用公式L=Σi=1N-1[λmax(Πj=1i(τ-Σj=1iδτj))(σ-Σj=1iδσj)],]]>计算所述对数周期天线的纵向长度L；其中，λmax为最大工作波长，δτj和δσj分别为第j个振子处的渐变因子δτ和δσ，N为大于等于2的正整数。

【技术特征摘要】
1.一种基于渐变因子的对数周期天线小型化方法，其特征在于，包括：确定对数周期天线的结构参数τ和σ，其中所述τ为比例因子，所述σ为间隔因子；基于所述对数周期天线频带内驻波平缓且最小的需求，估算结构参数τ和σ的渐变因子δτ和δσ的数值，所述渐变因子δτ为所述结构参数τ的变化量，所述渐变因子δσ为所述结构参数σ的变化量；基于所述对数周期天线频带内任一频率处增益越高越好的需求，调整所述渐变因子δτ和δσ的数值；利用公式计算所述对数周期天线的纵向长度L；其中，λmax为最大工作波长，δτj和δσj分别为第j个振子处的渐变因子δτ和δσ，N为大于等于2的正整数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述对数周期天线频带内驻波平缓且最小的需求，估算结构参数τ和σ的渐变因子δτ和δσ的数值包括：利用公式计算所述结构参数τ和σ的渐变因子δτ和δσ的数值；其中，Rn为第n个对称振子处加载分馈线的特性阻抗，λk为所述对数周期天线的工作波长，hn为所述对数周期天线中第n个对称振子的臂长；其中τi、τn、σn分别为所述对数周期天线中第i个和第n个振子处的结构参数；其中，所述Zon为所述对数周期天线中分馈线未加载振子时的特性阻抗，Dn为所述对数周期天线中第n个对称振子处分馈线之间的距离，d为分馈线的直径；为所述对数周期天线中第n个对称振子的特性阻抗，其中an为所述对数周期天线中第n个对称振子的半径。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：利用公式计算所述对数周期天线频带内驻波的特性；其中，M为所述对数周期天线频带内采样点总数；VSWRi为所述对数周期天线频带内第i个采样点的驻波；兼顾所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜晓燕，张秀钢，姜辉，卫佩佩，辛刚，马圣华，呼欣玮，
申请(专利权)人：中国人民解放军信息工程大学，
类型：发明
国别省市：河南;41