对数周期天线是一种非频变天线，其阻抗、方向图、增益、驻波比等电特性随频率的对数成周期性变化，并在很宽的频带内保持基本不变。以下从设计原理、结构特点、工作原理、性能优势、应用领域几个方面展开介绍：
一、设计原理：基于对数周期结构
对数周期天线的设计核心是对数周期结构，即天线的几何尺寸（如振子长度、间距）按对数比例递增。具体表现为：
- 振子长度关系：相邻振子的长度比为常数τ（对数周期比），满足公式：
其中为第个振子的长度。 - 频率响应特性：当频率变化时，天线的辐射区（有效工作部分）会在振子阵列中前后移动，但电性能（如方向图、阻抗）保持相似，从而实现宽频带覆盖。
二、结构特点：振子阵列与集合线
对数周期天线通常由以下部分组成：
- 振子阵列：由多个逐渐变长的偶极子（振子）组成，按对数周期排列。振子数量由频带范围决定，典型值为10-20个。
- 集合线（馈电结构）：采用双线传输线或平行板结构，连接所有振子并馈入信号。信号从短振子端馈入，相邻振子交叉馈电。
- 支撑结构：振子固定在绝缘支架上，确保机械稳定性。
三、工作原理：辐射区、传输区与非激励区
对数周期天线的工作过程可分为三个区域：
- 辐射区：
- 当信号频率使某些振子长度接近谐振长度时，这些振子吸收能量并辐射电磁波。
辐射区通常定义为激励电流值为最大值1/3的两振子之间的区域，包含3-5个振子。
- 传输区：
- 位于辐射区前方（短振子端），振子电长度小，输入阻抗大，电流小，主要起能量传递作用。
- 传输区振子相当于并联电容，可降低集合线特性阻抗，改善匹配。
- 非激励区：
- 位于辐射区后方（长振子端），振子长度远大于谐振长度，电流迅速衰减，对辐射贡献可忽略。
- 非激励区减少终端反射，提高高端性能。
四、性能优势：宽频带、低驻波、高方向性
对数周期天线的主要优势包括：
- 极宽的工作带宽：
- 带宽比可达10:1甚至更宽（如300MHz-3GHz），覆盖多个频段。
- 典型应用：短波通信、超短波通信、电视接收等。
- 稳定的电性能：
- 方向图、增益、阻抗等参数在频带内变化小，方向性系数约5-10dBi。
- 最大辐射方向为端射式（沿集合线从长振子指向短振子）。
- 低驻波比（VSWR）：
- 典型值<2.5，表明天线与馈线匹配良好，能量传输效率高。
- 高功率容量：
- 结构简单，散热性好，可承受高功率信号。
五、应用领域：通信、雷达、测向与气象探测
对数周期天线因宽频带特性被广泛应用于以下领域：
- 广播与电视：
- 覆盖多个频道，确保信号稳定传输，适用于发射和接收天线。
- 无线通信：
- 点对点通信、无线局域网（WLAN）、军事通信等，支持多频段通信，减少多径干扰。
- 测向与雷达系统：
- 宽频带特性提高测向精度和雷达探测范围，准确捕捉目标信号。
- 气象探测：
- 双极化对数周期天线用于测云雷达，实现同频双极化接收，探测云中不同极化的反射回波。
- 电磁兼容（EMC）测试：
- 双极化天线可分别测量电磁波的垂直和水平分量，满足EMC测试需求。
- 业余无线电：
- 覆盖多个业余频段，提高通信距离和质量。
