具有紧凑馈电网络的宽带四臂螺旋天线
宽带小型化四臂螺旋天线概要
宽带小型化四臂螺旋天线随着现代无线通信事业的发展,卫星导航定位系统在人类社会生活中起着的作用已经越来越重要。
全球定位系统(Global Positioning System, GPS)在民用及军事领域内具有广泛的应用。
近年来GPS定位技术在民用领域得到迅速发展,特别是在车辆导航和移动电话定位这两个方面。
而研究卫星定位系统终端使用的天线具有重要的价值与意义,特别是天线的宽带化、小型化技术。
在众多的天线形式当中,四臂螺旋天线由于具有良好的宽波束圆极化特性,满足卫星定位系统接收天线要求。
本文主要设计了三种用于卫星导航定位系中的四臂螺旋天线,同时给出了螺旋天线的设计过程以及实验和仿真结果。
论文主要包括以下内容：首先,综述了卫星导航定位系统的发展和现状,介绍了卫星定位系统天线的技术要求及常用的天线形式,并对最常用的微带天线及四臂螺旋天线的特性进行了对比。
第二,详细讨论四臂螺旋天线的物理结构及工作原理,总结了四臂螺旋天线的宽带化、小型化技术的发展现状。
第三,设计了一种新颖的宽带四臂螺旋天线。
该天线使用宽带微带巴伦及威尔金森功分器进行馈电,馈电网络包裹在天线内部节省了安装空间。
天线工作在GPS频段,中心频率为1.575MHz,波束极化形式为右旋圆极化。
我们使用Ansoft HFSS11.0软件对天线模型进行了仿真研究,波束宽度达150度,波束宽度内轴比小于3dB。
S11小于-10dB的带宽达到0.82GHz至2.62GHz。
天线在很宽的频带内具有良好的宽波束圆极化特性。
第四,设计了一种带有新型馈电网络的宽带角锥四臂螺旋天线,其波束宽度为150度,波束宽度内轴比小于3dB,S11小于-10dB的相对带宽达39.7%,3dB轴比带宽达到22%。
另外还设计了一种采用平行折叠式螺旋臂的小型化圆柱印刷四臂螺旋天线,其波束宽度为120度,波束宽度内轴比小于3dB,S11小于-10dB的带宽及3dB轴比带宽均达10.5%,实现了宽带小型化。
用于5G通信的阻抗带宽共形四臂螺旋天线改进研究
[4]SHARAIHA A，TERRET C，BLOT J P.Printed quadrifilar reso-nant helix antenna with integrated feeding network[J].Electronics
Letters，1997（33）：256-257.
[5]LETESTU Y，SHARAIHA A.Broadband folded printedquadrifilar helical antenna[J].IEEE Transactions on An-tennas and
本文设计一种基于5G频段的共形四臂螺旋天线，在传 统的四臂螺旋天线的单个辐射振子臂旁边在加上一路寄生 辐射振子臂，并将两路辐射振子臂底部相连，通过调试两路 辐射振子臂的宽度、长度和间距来达到改进带宽的目的。将 印刷共形天线卷绕在介质柱上，通过HFSS电磁仿真软件对 天线进行仿真。最后仿真结果表明，该天线获得了约10.72% 的扩展带宽。此外，在整个工作频带内可获得约4.6 dBi的稳 定辐射增益。 1 天线设计与性能
3 结语
高达3.4~3.6 GHz，最高辐射增益为4.6 dBi。该天线的仿真结
在本文中，提出了一种改进带宽的共形四壁螺旋天线。 果和测试结果吻合相对良好，实现了改进带宽的目标。结果
该天线具有宽阻抗带宽，较高的增益和小尺寸等的特点，其 表明，该天线可应用于5G通信系统中接收信号。 中心频率为f0=3.5 GHz，由S11<-10 dB确定的仿真阻抗带宽
（a）总体模型展示
（b）介质平面和接地平面的俯视图 单位/mm
H1
4
R1
24
W
0.8
H2
2
R2
1.5
(完整word版)四臂螺旋天线简介
四臂螺旋式天线四臂螺旋式天线（Quadrifilar Helix Antenna ）一般由四条按特定规则弯曲的金属线条镶于圆柱形基材上，无需任何接地。
它具备有Zapper天线的特性，也具备有垂直天线的特性。
此种巧妙的结构，使天线任何方向都有3dB的增益，方向图特性良好。
四臂螺旋式天线拥有全面向360度的接收能力，因此在与pda结合时,无论PDA的摆放位置如何,四臂螺旋式天线皆能接收,有别于使用平板GPS天线需要平放才能较好的接收的限制.使用此种天线,当卫星出现于地平面上10度时,即可收到卫星所传送的讯号.四臂螺旋天线是美国约翰普金斯大学应用物理实验室博士Kilgus于1968年提出的，之后人们对其进入了深入的研究。
该天线具有心型方向图、良好的前后比及优异的圆极化特性，因此被广泛应用于卫星通信系统，尤其被认为是理想的全球定位系统GPS和卫星手机接收天线，但体积大是其缺点。
早期四臂螺旋天线的辐射单元一般采用金属管或金属线，通过弯曲成型或缠绕在绝缘柱上，这样必然需要在馈电网络中加入复杂的平衡转换器和阻抗匹配网络，螺旋结构也需要机械支撑，因此天线体积较大，难于批量生产。
2001年Leisten提出了陶瓷介质加载四臂螺旋天线。
该天线采用陶瓷填充，天线体积缩小大10.00×17.8mm（底面直径×高），为未加载的1\6.相对于应用于GPS系统的介质加载微带贴片天线，DQHA还具有优良的前后比和广角圆极化特性，且电磁场被束缚在陶瓷核内，近场很小，天线受手机、人体等周围环境影响很小。
陶瓷天线虽然在性能方面表现已经较好，但需要十多种不可缺少工艺，才制成产品。
流程长的代价是产品巨贵，且体积不大不小的，在手机中用，体积需要进一步减小。
为此国内研究左手材料及天线的专家在2011年联合推出了一款自主研发的新型多频四臂螺旋天线，即微航牌四臂螺旋天线。
相比于陶瓷天线，微航牌天线在相同的体积增益高、相同的增益体积小，并有圆柱型（直径6.0mmX12mm）、条形（6.0mmX6.0mmX13mm）等多种款式，可用于手机GPS中。
宽带小型化四臂螺旋天线的研究
宽带小型化四臂螺旋天线的研究随着无线通信技术的快速发展，天线作为通信系统的重要组件，其性能和尺寸成为了关键的研究课题。
其中，宽带小型化四臂螺旋天线由于其独特的性能和紧凑的结构，受到了广泛。
本文将深入研究宽带小型化四臂螺旋天线的特点、应用前景和未来发展方向。
传统的四臂螺旋天线具有较好的方向性和增益，但尺寸较大，难以满足现代通信系统对紧凑型天线的要求。
近年来，研究者们在小型化四臂螺旋天线方面取得了显著成果，但仍存在宽带性能不足、辐射效率低等问题。
针对这些问题，本文提出了一种新型的宽带小型化四臂螺旋天线，旨在提高天线的性能和减小其尺寸。
本文从理论研究和仿真分析出发，采用等角螺旋线来设计四臂螺旋天线的臂线，通过调整螺旋线的匝数和半径，实现天线的小型化和宽带性能。
同时，采用有限元法对天线进行仿真分析，优化天线的结构和性能。
通过仿真分析和实验验证，本文所提出的宽带小型化四臂螺旋天线在保持紧凑型的同时，具有优良的宽带性能。
天线的输入输出特性表现出良好的匹配，阻抗带宽覆盖了多个频段，辐射效率也得到了显著提高。
与传统的四臂螺旋天线相比，所提出的天线在尺寸减小、带宽增加以及辐射效率提高等方面具有明显优势。
宽带小型化四臂螺旋天线具有广泛的应用前景。
在手持设备领域，如智能手机、平板电脑等，该天线可用于实现多频段通信，提高设备的通信性能。
在无线路由器领域，该天线可以扩展无线网络的覆盖范围，提高数据传输速率。
在物联网领域，该天线可作为传感器节点的一部分，实现无线传感网络的智能化和多功能化。
宽带小型化四臂螺旋天线的未来发展将涉及以下几个方面：理论研究：进一步深入研究天线的物理机制和设计理论，如探索新的天线拓扑结构、材料和工艺，以提高天线的性能和功能。
技术开发：针对不同应用场景，开发适用于各种频段和通信协议的天线，以满足不断发展的无线通信需求。
产业应用：推动宽带小型化四臂螺旋天线的产业化发展，促进天线技术与各领域的深度融合，为无线通信产业的繁荣做出贡献。
紧凑型印刷四臂螺旋天线的设计
带 宽 的 折 合 型 印 刷 四臂 螺 旋 天 线 （ Ｐ Ｆ ＱＨＡ） 设 的 计嘲， 。 等
本文提 出一种新 设计 来减 小传 统谐 振式 四臂 螺
ｂａ ｕｎ，ｓ ｔ ｌｉｅ ｐｏ ｉｉｎｉ ｙ ｔ ｍ ｌ ａ ｅ ｌｔ ｓ ｔｏ ｎｇ ｓ ｓ ｅ
引 言
Ｋｉ ｕ ｌ ｓ最 先 提 出并 分 析 了 谐 振 式 四臂 螺旋 天 ｇ 线 的性 能 ［ 。 １ 由于其具 有半 球覆 盖 的宽 波束 、 良的 ］ 优 广角 圆极化 、 廉 的成 本 以及优 良的阻 抗 匹配 等 特 低
中 图 分 类 号 ： Ｎ８ ２ ４ Ｔ ２ ． 文献标识码 ： Ａ
Ｔｈ ｓｇ ｆＣｏ ａ ｔＰｒｎ ｅ ａ ｒｆｌ ｒＨｅ ｉ ｔ ｎ ａ ｅ Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｍｐ ｃ ｉ ｔ ｄ Ｑｕ ｄ ｉｉ ｌ Ａｎ ｅ ｎ ａ ｘ
ＳＨ ＥＮ ａ ｇ ， Ｏ Ｎ Ｇ Ｌｉ ｎ ＺＨ Ｓｈｕ ｓ ， Ｕ ｉｑｉ ｇ。 ｎ— ｈｉ Ｘ Ｓａ— ｎ （ ． ｃ ｏ ｌｏ Ｃ ｍｍｕ ｉａ ｉｎ ａ ｄ Ｉ ｆ ｒ ｔｏ ｇ ｎ ｅｉ ｇ，Ｓｈ ｎ ｈ ｉＵｎｖ ｒｉ Ｓ ａ ｇ ａ ０ ０ ２ １ Ｓ ｈ ｏ ｆ ｏ ｎｃ ｔ ｎ ｎ ｏ ｍａｉｎＥｎ ｉｅ ｒｎ ｏ ａ ｇ ａ ｉｅｓｔ ｈ ｎ ｈ ｉ２ ０ ７ ，Ｃｈｎ ｙ， ｉａ，
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(完整word版)四臂螺旋天线简介
四臂螺旋式天线四臂螺旋式天线（Quadrifilar Helix Antenna ）一般由四条按特定规则弯曲的金属线条镶于圆柱形基材上，无需任何接地。
它具备有Zapper天线的特性，也具备有垂直天线的特性。
此种巧妙的结构，使天线任何方向都有3dB的增益，方向图特性良好。
四臂螺旋式天线拥有全面向360度的接收能力，因此在与pda结合时,无论PDA的摆放位置如何,四臂螺旋式天线皆能接收,有别于使用平板GPS天线需要平放才能较好的接收的限制.使用此种天线,当卫星出现于地平面上10度时,即可收到卫星所传送的讯号.四臂螺旋天线是美国约翰普金斯大学应用物理实验室博士Kilgus于1968年提出的，之后人们对其进入了深入的研究。
该天线具有心型方向图、良好的前后比及优异的圆极化特性，因此被广泛应用于卫星通信系统，尤其被认为是理想的全球定位系统GPS和卫星手机接收天线，但体积大是其缺点。
早期四臂螺旋天线的辐射单元一般采用金属管或金属线，通过弯曲成型或缠绕在绝缘柱上，这样必然需要在馈电网络中加入复杂的平衡转换器和阻抗匹配网络，螺旋结构也需要机械支撑，因此天线体积较大，难于批量生产。
2001年Leisten提出了陶瓷介质加载四臂螺旋天线。
该天线采用陶瓷填充，天线体积缩小大10.00×17.8mm（底面直径×高），为未加载的1\6.相对于应用于GPS系统的介质加载微带贴片天线，DQHA还具有优良的前后比和广角圆极化特性，且电磁场被束缚在陶瓷核内，近场很小，天线受手机、人体等周围环境影响很小。
陶瓷天线虽然在性能方面表现已经较好，但需要十多种不可缺少工艺，才制成产品。
流程长的代价是产品巨贵，且体积不大不小的，在手机中用，体积需要进一步减小。
为此国内研究左手材料及天线的专家在2011年联合推出了一款自主研发的新型多频四臂螺旋天线，即微航牌四臂螺旋天线。
相比于陶瓷天线，微航牌天线在相同的体积增益高、相同的增益体积小，并有圆柱型（直径6.0mmX12mm）、条形（6.0mmX6.0mmX13mm）等多种款式，可用于手机GPS中。
四臂螺旋天线简介
四臂螺旋式天线四臂螺旋式天线（Quadrifilar Helix Antenna ）一般由四条按特定规则弯曲的金属线条镶于圆柱形基材上，无需任何接地。
它具备有Zapper天线的特性，也具备有垂直天线的特性。
此种巧妙的结构，使天线任何方向都有3dB的增益，方向图特性良好。
四臂螺旋式天线拥有全面向360度的接收能力，因此在与pda结合时,无论PDA的摆放位置如何,四臂螺旋式天线皆能接收,有别于使用平板GPS天线需要平放才能较好的接收的限制.使用此种天线,当卫星出现于地平面上10度时,即可收到卫星所传送的讯号.四臂螺旋天线是美国约翰普金斯大学应用物理实验室博士Kilgus于1968年提出的，之后人们对其进入了深入的研究。
该天线具有心型方向图、良好的前后比及优异的圆极化特性，因此被广泛应用于卫星通信系统，尤其被认为是理想的全球定位系统GPS和卫星手机接收天线，但体积大是其缺点。
早期四臂螺旋天线的辐射单元一般采用金属管或金属线，通过弯曲成型或缠绕在绝缘柱上，这样必然需要在馈电网络中加入复杂的平衡转换器和阻抗匹配网络，螺旋结构也需要机械支撑，因此天线体积较大，难于批量生产。
2001年Leisten提出了陶瓷介质加载四臂螺旋天线。
该天线采用陶瓷填充，天线体积缩小大10.00×17.8mm（底面直径×高），为未加载的1\6.相对于应用于GPS系统的介质加载微带贴片天线，DQHA还具有优良的前后比和广角圆极化特性，且电磁场被束缚在陶瓷核内，近场很小，天线受手机、人体等周围环境影响很小。
陶瓷天线虽然在性能方面表现已经较好，但需要十多种不可缺少工艺，才制成产品。
流程长的代价是产品巨贵，且体积不大不小的，在手机中用，体积需要进一步减小。
为此国内研究左手材料及天线的专家在2011年联合推出了一款自主研发的新型多频四臂螺旋天线，即微航牌四臂螺旋天线。
相比于陶瓷天线，微航牌天线在相同的体积增益高、相同的增益体积小，并有圆柱型（直径6.0mmX12mm）、条形（6.0mmX6.0mmX13mm）等多种款式，可用于手机GPS中。
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具有紧凑馈电网络的宽带四臂螺旋天线褚庆昕;蔺炜;林伟鑫;杜述【摘要】传统的自相移馈电四臂螺旋天线(QHA)由于最小回波损耗频点和最小轴比频点不在一个频率上,因此,难以在较宽的频带内同时满足良好的阻抗匹配和圆极化特性.虽然采用功分相移网络馈电可以解决上述问题,但是馈电网络尺寸普遍较大,难以应用于手持机上.本文提出了一种底部带有紧凑的功分相移馈电网络的四臂螺旋天线,可以在宽频带内实现四个输出端功率平衡输出,相位两两相差90度.所提出的馈电网络使得四臂螺旋天线既可以实现宽带圆极化辐射,又具有小尺寸,非常适合GPS、北斗移动手持设备的应用需求.【期刊名称】《电子学报》【年(卷),期】2013(041)004【总页数】5页(P722-726)【关键词】圆极化天线;四臂螺旋天线;功分相移馈电网络;宽带;移动手持设备【作者】褚庆昕;蔺炜;林伟鑫;杜述【作者单位】华南理工大学电子与信息学院,广东广州 510640;华南理工大学电子与信息学院,广东广州 510640;华南理工大学电子与信息学院,广东广州 510640;华南理工大学电子与信息学院,广东广州 510640【正文语种】中文【中图分类】TN821 引言全球卫星定位系统GPS自广泛商用以来得到了迅速的发展.与此同时,我国的北斗卫星导航系统也初具规模.作为北斗系统手持终端设备,接收卫星信号的天线十分重要.该系统要求天线具有圆极化辐射,带宽宽,波瓣宽度宽,结构紧凑等特点.谐振式四臂螺旋天线因结构紧凑,具有心形辐射方向图以及良好的前后比,被广泛用于GPS、北斗以及其他的无线通讯系统中[1,2].传统的四臂螺旋天线(QHA)是由两个相互正交放置的双臂螺旋天线(BHA)组成的.每个双臂螺旋天线可以看成一个全波长的环天线.为了实现圆极化辐射,两个双臂螺旋天线需要用等振幅,相位相差90°的信号馈电.传统的自相移方法实现圆极化辐射是通过设计调节两个双臂螺旋天线的谐振频率稍微偏离它们各自的中心频率,其中一个双臂螺旋天线长度稍长于谐振长度从而使其输入阻抗产生一个+45°的相位;而另一个双臂螺旋天线长度稍短于谐振长度从而使其输入阻抗产生一个-45°的相位,最终使得两个双臂螺旋天线上的相位相差90°.自相移方法由于结构紧凑很适合用于GPS移动手持设备中.然而,在自相移模式中,轴比跟回波损耗的最低点不能在中心频率上吻合.当轴比的最低点设计到了中心频率处,回波损耗却不是很理想,反之亦然.因此,自相移阻抗轴比带宽非常窄,很难实现宽带的圆极化辐射,并不能满足GPS、北斗等系统应用的要求[3～5].实现四臂螺旋天线的宽带特性取决于外加的功分相移馈电网络.为了实现良好阻抗匹配与宽带圆极化特性,文献[6～9]提出的功分馈电网络可以实现四个输出端口等振幅,相位两两相差90°,作为螺旋天线的馈电网络,但是天线尺寸均较大,无法用于移动手持设备.为了减小体积,使用一种半集总元件加载可以实现宽带圆极化辐射,使得在中心频率2.0GHz处天线面积减小了50%[10].但是由于有集总元件加载这种结构不适合用于高频.本文提出了一种采用紧凑功分相移网络馈电的四臂螺旋天线.所提出的功分相移网络能够实现四个端口输出等振幅、相位两两相差90°的信号.整个天线结构紧凑,并且有很宽的阻抗带宽以及轴比带宽,非常适合于GPS、北斗等移动手持设备.2 四臂螺旋天线三种馈电方法2.1 自相移方法图1是一款介质加载的采用自相移方法馈电的半波长四臂螺旋天线.天线的直径D 和轴长H依据文献[11]设计.天线使用同轴线进行馈电,下部的巴伦起到了平衡馈电的作用.天线辐射部分由两个正交放置的全波长天线组成.天线之间90°的相位差是通过设计两个双臂螺旋的谐振频率稍稍偏离天线中心频率来实现的.其中一个双臂螺旋高于天线中心频率,另一个低于天线中心频率,从而产生两付天线上90°的电流相位差.图2显示了自相移四臂螺旋天线的回波损耗以及轴比曲线,在中心频率2.1GHz处,轴比达到了最低点,但是回波损耗却不是最小,带宽很窄.2.2 加载没有相移的馈电网络图3是外加输出没有相移的功分馈电网络四臂螺旋天线.除了去掉巴伦结构外,其余的参数跟上一节中介绍的天线一样.圆极化特性依然是由自相移实现.输入端馈电网络是由端口0,两个Wilkinson功分器以及四个输出端口组成.端口0是由特性阻抗为Z 1的平行双线形成.两个Wilkinson功分器的特性阻抗为Z 2.四个输出端口分别为端口1,2,3和4,如图4所示.输入端馈电结构采用平行双线实现反向激励,两个功分器实现平衡输出.因为θ1和θ2的电长度相等,以及对称结构,端口1跟3,端口2跟4之间的相位都相差180°.图5显示了采用上述馈电网络馈电的四臂螺旋天线的回波损耗以及轴比曲线.可以看出,天线的回波损耗跟轴比的最低点不重合,阻抗跟轴比带宽依然很窄.馈电网络的特性阻抗为Z 1=50Ω,Z2=25Ω,Z3=35.4Ω,Z4=25Ω,以及R=50Ω.详细的特性阻抗设计过程在第三部论述.2.3 带90°相移的功分馈电网络上述两种馈电方式都有同样的缺陷,就是带宽很窄以及回波损耗与轴比曲线的最低点不能重合.最根本的原因就是自相移馈电,因此,为了实现宽带圆极化,需要引入输出相位差两两相差90°的功分馈电网络,使得螺旋结构对称,两个双臂螺旋均可以在中心频率上谐振.基于图4的功分馈电网络,如果调节两个功分器输出端传输线θ1和θ2的电长度相差90°,就可以得到新型的90°相移的功分馈电网络.因为输出端口1跟端口3的相位分别滞后端口2跟端口4的相位90°,以及端口1跟端口3,端口2跟端口4之间的相位均相差180°,从而实现四个端口之间相位两两相差90°,满足四臂螺旋天线馈电输入端的相位要求.图6显示了采用该功分馈电网络的四臂螺旋天线的回波损耗以及轴比曲线.很显然,采用新型相位两两相差90°的功分馈电网络的四臂螺旋天线显示了良好的阻抗以及轴比带宽.3 紧凑的功分相移网络图7是本设计中新型功分相移网络的模型图.两条平行双线跟两个Wilkinson功分器分别对称地印制在两个介质基片上,背靠背放置共用一个金属地板.注意到在平行双线的输入端地板被去掉.上下两个功分器的结构参数半径r,厚度 h以及相对介电常数εr都相同.功分馈电网络由同轴线进行激励,同轴线的内外导体分别连接平行双线的上下输入端.为了减小功分器的体积,对传输线进行了弯折.由于功分器两个输出端长度相差四分之一波长,θ1跟θ2的电长度相差90°.功分器的两个输出端口1跟端口2位于上面的介质基片上,另外两个输出端口3跟端口4位于下面的介质基片上.通过选择合适介电常数的介质基片进行设计,馈电网络可以与四臂螺旋相匹配,形成紧凑的功分相移网络.平行双线的特性阻抗Z1和微带传输线的特性阻抗Z 2满足如下公式通常Z 1等于50Ω从而Z2等于25Ω.为了实现阻抗匹配,Wilkinson功分器的特性阻抗满足如下公式为了得到Z 4的特性阻抗,需要知道天线四个螺旋线的输入阻抗.假设四臂螺旋天线四个端口由等振幅,两位两两相差90°的信号激励,四个信号如下表示 E1=e-jπ/2,E2=ej0,E3=ejπ/2,以及E4=ejπ.在端口p(p=1,…,4)处的输入阻抗可以由式(3)[12]来表示：其中Z 0表示负载阻抗.知道了输入阻抗 Z in,在中心频率处 Z 4的特性阻抗可以由式(4)计算：其中Re表示输入阻抗Z in的实部.在本设计中,如果把Z in的实部设计为50Ω,天线可以实现很宽的阻抗跟轴比带宽,在一下节将会看到.因此,功分馈电网络的特性阻抗分别为：Z 2=25Ω以及Z 1=Z 3=Z4=50Ω对应微带线宽度W1以及W2.其结构参数分别为：r=13mm,h=0.8mm,εr=4.4,W1=4.17mm,以及 W2=1.52mm.图8分别显示了仿真的功分器端口的振幅跟相位响应.可以看出,输入端口的阻抗匹配非常好,四个输出端口的传输响应S10,S20,S30以及 S40的变化范围很小,从6.1dB到6.7dB.功分器四个端口的相位差在1.7GHz到2.5GHz的范围内为90°±10°,因此该功分馈电网络四个输出端口可以产生等振幅,相位两两相差90°的输出信号.4 测试结果图9是加工制作成的由功分馈电网络进行馈电的四臂螺旋天线.馈电网络印刷在FR4相对介电常数为4.4的介质基片上.可以看到馈电网络结构紧凑与四臂螺旋浑然一体.仿真结果是由Ansoft公司高频结构仿真软件HFSS11.0完成,所有的测量结果是由Agilent N5230网络分析仪以及天线室外远场测试系统完成.图10比较了采用本设计功分馈电网络以及采用自相移方式馈电的四臂螺旋天线的回波损耗曲线.在仿真中采用本设计功分馈电网络的四臂螺旋天线显示了41.4%的10dB带宽(回波损耗小于10dB),从1.59GHz到 2.42GHz.实测中 10dB带宽达到了 39.6%,从1.62GHz到2.42GHz.然而,采用自相移方式的四臂螺旋天线阻抗带宽仅仅为5.6%,从2.08GHz到2.2GHz,远远小于采用本文提出功分馈电网络后的阻抗带宽.图11比较了采用本设计功分馈电网络以及采用自相移方式馈电的四臂螺旋天线的轴比曲线.在仿真中采用本设计功分馈电网络的四臂螺旋天线显示了82.2%的3dB 轴比带宽(轴比小于3dB),从1.04GHz到2.51GHz.实测中3dB轴比带宽达到了72.5%,从1.17GHz到2.50GHz.然而,采用自相移方式的四臂螺旋天线轴比带宽仅仅为2.9%,从2.07GHz到2.13GHz,远远小于采用本文提出功分馈电网络后的轴比带宽.图12显示了本设计四臂螺旋天线仿真与测量的最大增益曲线.可以看出,仿真的3dB增益带宽分别达到了 25.3%,从 1.95GHz到 2.39GHz,最大增益达到3.46dBi;测量的3dB增益带宽分别达到了25.8%,从1.89GHz到2.45GHz,最大增益达到3.1dBi.图13显示了本设计四臂螺旋天线在中心频率以及两边频率上XOZ平面的归一化方向图.测量的3dB轴比波束宽度在中心频率以及两变频均大于60°.从而显示了该天线具有很好的圆极化宽带辐射特性.在Z轴正方向上产生了右旋圆极化辐射.5 结论本文提出了一种紧凑的功分相移馈电网络,可以实现四个输出端功率平衡输出,且相位两两相差90°.该馈电网络使得四臂螺旋天线既可以实现宽带的圆极化辐射,又具有小尺寸,非常适合GPS、北斗移动手持设备的应用需求.文章详细分析了四臂螺旋天线的三种馈电方式.并且分析了馈电网络的实现结构以及原理.对天线进行加工制作并且测试.测量结果与仿真吻合很好并且显示了很好的宽带特性.参考文献【相关文献】[1]JM Tranquilia,et al.A study of the quadrifilar helix antenna for global positioning system(GPS)application[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation,1990,38(10)：1545-1550.[2]R Cahill,et al.Performance of shaped beam quadrifilar antennas on the METOP spacecraft[J].IEE Proceedings Microwaves,Antennas and Propagation,1998,145(1)：19-24.[3]C Kilgus.Resonant quadrafilar helix[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation,1969,17(3)：349-351.[4]O Leisten,et al.Miniaturised dielectrically-loaded quadrifilar antenna for Global Positioning System(GPS)[J].Electronics 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