文档介绍：天线与电波 第四章
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非频变天线的基本概念
研究天线除了要分析、研究天线的方向特性和阻抗特性外，还应考虑它的使用带宽问题。现代通信中，要求天线具有较宽的工作频带特性，以扩频通信为例，扩频信号带宽射，边衰减。螺旋线上的每一小段都是一基本辐射片，它们的取向沿螺旋线而变化，总的辐射场就是这些元辐射场的叠加。实验表明，臂上电流在流过约一个波长后就迅速衰减到20dB以下，终端效应很弱。
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因此，辐射场主要是由结构中周长约为一个波长以内的部分产生的，这个部分通常称为有效辐射区，传输行波电流。换句话说螺旋天线存在“电流截断效应”，超过截断点的螺旋线部分对辐射没有重大贡献，在几何上截去它们将不会对保留部分的电性能造成显著影响，因而，可以用有限尺寸的等角螺旋天线在相应的宽频带内实现近似的非频变特性。波长改变后，有效区的几何大小将随波长成比例地变化，从而可以在一定的带宽内得到近似的与频率无关的特性。
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平面等角螺旋天线的电性能
自补平面等角螺旋天线的辐射是双向的，最大辐射方向在平面两侧的法线方向上。若设θ为天线平面的法线与射线之间的夹角，则方向图可近似表示为cosθ，半功率波瓣宽度近似为90°。
因为平面等角螺旋天线是双向辐射的，为了得到单向辐射，可采用附加反射（或吸收）腔体，也可以做成圆锥形等角螺旋天线(Conical Equiangular Spiral Antenna)，如图4 ― 2―3所示。
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图4―2―3 圆锥等角螺旋天线
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2. 阻抗特性
如前所述，当δ＝π/2时天线为自补结构，自补是互补的特殊情况。互补天线类似于摄影中的像片和底片，互补天线的一个例子是金属带做成的对称振子和无限大金属平面上的缝隙，互补天线的阻抗具有下列性质:
（4―2―3）
对于自补结构，由上式可得
（4―2―4）
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一般而言，平面等角螺旋天线在θ≤70°锥形范围内接近圆极化。天线有效辐射区内的每一段螺旋线都是基本辐射单元，但它们的取向沿螺旋线变化，总的辐射场是这些单元辐射场的叠加，因此等角螺旋天线轴向辐射场的极化与臂长相关。当频率很低，全臂长比波长小得多时，为线极化；当频率增高时，最终会变成圆极化。在许多实用情况下，轴比小于等于2的典型值发生在全臂长约为一个波长时。极化旋向与螺旋线绕向有关，例如，图4―2―1所示平面等角螺旋天线沿纸面对外的方向辐射右旋圆极化波，沿相反方向辐射左旋圆极化波。
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4. 工作带宽
等角螺旋天线的工作带宽受其几何尺寸影响，由内径r0和最外缘的半径R决定。实际的圆极化等角螺旋天线，外径R≈λmax/4，内径r0≈(1/4～1/8)λmin。～3圈的实验结果看，当a=，其方向图最佳。此时外半径
R=(3π)==λmax/4，在馈电点r=r0e0=r0=λmin/4，所以该天线可具有的相对带宽为
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即典型相对带宽为8∶1。若要增加相对带宽，必须增加螺旋线的圈数或改变其参数，相对带宽有可能达到20∶1。
（4―2―5）
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阿基米德螺旋天线
阿基米德螺旋天线(Archimedean Spiral Antenna)如图4―3―1(a)所示，这种天线像许多螺旋天线一样，采用印刷电路技术很容易制造。天线的两个螺旋臂方程分别是
（4―3―1）
式中r0对应于φ=0rad的矢径。这一天线的性能基
本上与等角螺旋天线类似。
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图4―3―1 阿基米德螺旋天线
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我们可以近似地将螺旋线等效为双线传输线，根据传输线理论，两根传输线上的电流反相，当两线之间的间距很小时，传输线不产生辐射。因此表面看,似乎螺旋线的辐射是彼此抵消的，事实并不尽然。为了明显地将两臂分开，在图4―3―1(b)中分别用虚线和实线表示这两个臂。研究图中P、P′点处的两线段，设 ，即P和Q为两臂上的对应点，对应线段上的电流相位差为π+(2π/λ)πr。
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若设r=λ/2π，则P和P′点相位差为2π。因此，若满足上述条件，两线段的辐射是同相叠加而非相消的。
换句