一种低剖面平面螺旋天线的设计
一种新型的低剖面阿基米德螺旋天线
第30卷 第3期2009年9月制 导 与 引 信GU I DANC E &F UZEVol.30No.3Sep.2009文章编号:167120576(2009)0320028204一种新型的低剖面阿基米德螺旋天线李伟忠, 杨 刚(中国人民解放军海军驻上海地区航天系统军事代表室,上海200090) 摘 要:采用光子晶体取代传统金属反射腔作为反射面,设计了一种新型的低剖面阿基米德螺旋天线,运用Ansoft H FSS 软件进行仿真计算,仿真结果与实验数据吻合,在有效的工作带宽内,该类天线的性能得到了改善,并介绍了扩展该类天线工作带宽的两种方法。
关键词:螺旋天线;光子;晶体;周期结构;频率选择性中图分类号:TN823.31 文献标识码:AA N ew Low Pr of ile A r chimedean Spiral AntennaL I Wei 2z hon g , YA N G Gan g(The Navy of Milit ary Representat ive Office i n SAST of PLA ,Shanghai 200090,Chi na ) Abst ract :A new low profil e Archi medea n spi ral antenna i s st udied i n which PB G st r uc 2t ure replace s conventional metallic cavi t y as a reflect or t o get unidirectional beam.Through si mul at io n by Ansof t H FSS and experi ment s ,t he si mulat ion resul t and experime nt data are in concor dance.The antenna performance i s i mproved i n t he effect ive operational f requency band.Two met hods of increasing t he bandwidt h of t he combi ned low profile spi ral ant enna and PB G st ruct ure are al so int roduced.K ey w or ds :spi ral antenna ;photon ;crystal ;periodic st r uct ure ;freque ncy selection收稿日期:2009-03-16作者简介李伟忠(6),男,工程师;杨 刚(6),男,工程师,均从事天线技术的研究。
一种基于人工磁导体的低剖面螺旋天线研究
Ne w Technology新技术159由于移动互联网的大势发展，使得用户对通信质量的要求越来越高。
更为重要的是“4G 时代移动互联网的时间、地点、流量、应用差异化会带来愈发明显的流量突发性，一个基站，早、中、晚，甚至每时每刻负载量都存在巨大差异。
”康普无线解决方案部销售总监王胜说。
而作为基站的一部分，天线也将随之发生变化。
虽然说，天线的成本不及基站的百分之三，但是天线的性能好坏直接影响着基站的性能。
传统天线用理想电导体（PEC）做反射材料，但根据镜像原理，反射场会产生180°相位差[4]。
这要求天线与反射面距离大于¼ λ。
无法满足低剖面的要求。
人工磁导体（AMC Artificial Magnetic Conductor）具有零相位反射特性，可以满足天线的低剖面。
并且由于反射场与入射场叠加使天线增益提高3dB [5]。
本文研究设计出一款半球面螺旋天线可以满足小型化，宽频带，圆极化的要求。
一、单元设计分析本文采用的半球形螺旋半径a=1.95cm，天线材料自身半径与馈电的同轴电缆的内导体半径相同，均为=0.05cm，同轴电缆的外导体半径为=0.225 cm。
离理想电导体高度h=0.8cm，频率为2.94GHz。
如图1。
图1 半球形螺旋天线。
（环绕圈数N=3，半径a=1.95cm，离地高度h=0.8cm）人工磁导体选用无过孔结构，具有零相位反射特性而且比过孔接口结构简单[6]。
本文用方形单元的AMC 结构，如图2。
像一块夹心饼干一样，方形贴片被2层介质板夹在中一种基于人工磁导体的低剖面螺旋天线研究【摘要 】 移动互联网影响移动网络服务以“语音”为中心到“数据”为中心的转变，导致整个电信产业结构发生巨大变化。
特别是定位技术的大规模使用，使得系统对天线的要求趋于高增益、小型化、圆极化[1-3]。
本文提出一种半球形螺旋天线具有低剖面、圆极化的特点，用人工磁导体做反射面。
经优化，该天线的中心频率在2.81GHz，波瓣宽度BW=105°，轴比AR=0.493满足圆极化条件。
一种低剖面宽波束圆极化天线[实用新型专利]
![一种低剖面宽波束圆极化天线[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/e32c51c72af90242a995e508.png)
专利名称：一种低剖面宽波束圆极化天线专利类型：实用新型专利
发明人：张慧萍,曲晓云,于常永,张伟,岳西平申请号：CN201621326820.0
申请日：20161205
公开号：CN206313125U
公开日：
20170707
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型提供一种低剖面宽波束圆极化螺旋天线。
通过四臂螺旋顶馈的方式实现低剖面高增益宽波束的覆盖效果。
低剖面宽波束天线由两组双臂螺旋线组成，双臂螺旋线正交之间相位差90°，通过改变天线螺旋臂的结构来产生90°的相位差，实现自相移结构，得到圆极化覆盖效果。
一种低剖面宽波束圆极化天线，包括第一铜带1、第二铜带2、第三铜带3、第四铜带4、同轴内导体5、同轴外导体6、介质支撑管8、同轴连接器9以及介质管10。
申请人：山东航天电子技术研究所
地址：264670 山东省烟台市高新区航天路513号
国籍：CN
代理机构：北京理工大学专利中心
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一种低剖面Vivaldi天线的设计与仿真
一种低剖面Vivaldi天线的设计与仿真作者：郑灵曹军陈嗣乔张小刚来源：《电子科学技术》2017年第03期摘要：Vivaldi天線是目前应用最广泛、研究最多的一种超宽带阵列天线单元，该天线的基本原理是通过传输线的结构渐变实现电磁波从射频传输线到自由空间的模式转换及相应的阻抗变换。
Vivaldi天线的优点是带宽较宽、宽角扫描潜力大，缺点是剖面较高，一般为低频波长的1/4。
本文设计了一种低剖面的Vivaldi天线，将高度降低到了低频波长的1/6。
关键词：低剖面；Vivaldi天线中图分类号：TN822+.8 文献标识码：A 文章编号： 2095-8595 （2017） 03-061-003电子科学技术 URL： http：// DOI： 10.16453/j.issn.2095-8595.2017.03.015引言随着技术的不断发展，雷达、电子对抗、通信等系统对天线提出了越来越多的要求[1-3]。
为了减小天线对飞机、卫星等平台机动性能的影响，需要天线具有低剖面特性；同时，由于机载、星载等平台的空间有限，希望用一副天线实现雷达、电子对抗、通信等多种功能，这就需要天线具有较宽的工作带宽。
近年来，低剖面、超宽带天线引起了越来越多的关注[5-8]。
Vivaldi天线是目前应用最广泛、研究最多的一种超宽带阵列天线单元。
Vivaldi天线是一种行波天线，没有固定的相位中心，随着频率变化，天线的相位中心也随之改变[2]。
对于Vivaldi天线来说，缝隙的初始端辐射高频电磁能量，缝隙的末端辐射低频电磁能量，从而实现较宽的工作带宽。
Vivaldi天线的优点是带宽较宽、宽角扫描潜力大，缺点是剖面较高，一般为低频波长的1/4。
本文设计了一种低剖面的Vivaldi天线，将高度降低到了低频波长的1/6。
并对这种天线的辐射特性进行了研究，得到了天线单元的驻波和增益特性，进而对阵列天线的扫描特性进行了分析。
1 天线模型本文设计的Vivaldi天线宽度W=75mm，高度L=50mm，天线采用Rogers RT/duroid 5880材料作为基板，基板两面覆铜，一面为含渐变缝隙的辐射部分，一面为馈电部分，如图1所示。
低剖面单向辐射平面螺旋天线模型仿真研究
低剖面单向辐射平面螺旋天线模型仿真研究本文通过对平面螺旋天线辐射原理的分析以及电磁仿真,对具有非频变特性的宽频带平面螺旋天线及其馈电系统进行了分析与研究;并研究利用电磁带隙结构实现单向辐射天线低剖面特性的方法。
首先研究了天线增益、回波损耗等特性参数的定义及其表达式;分析等角和阿基米德两种螺旋形天线的辐射原理,并依据天线工作频段2(25)18GHz,利用电磁仿真软件建模和仿真两种形式的辐射器,比较分析了二者的回波损耗、总增益以及轴比特性曲线。
平面螺旋天线会向其法线的正负方向上同时辐射电磁波,为了避免电磁波与设备其他部分中的电路耦合,在军事侦察以及商业运载设备通讯系统中的天线通常被要求实现单向辐射,因此需在辐射器的一侧加装反射器。
典型的铜制金属反射器分为平底面和圆台形底面两种,二者外径高度均为工作频带最低频对应波长的四分之一,圆台形底面需依据辐射器的有效工作带来调整底面的高度。
为进一步减小天线剖面高度并提高增益,研究了电磁带隙(Electromagnetic Band-Gap,EBG)结构。
包括EBG结构在内的大多数人造磁导体(Artificial Magnetic Conductor,AMC)都具有反射相位带隙特性,通过对EBG结构的集总参数模型的分析结合电磁仿真,对反射相位带隙特性进行研究。
EBG结构通常通过单元结构的周期性排列构成,因此难以对该结构进行复杂分析。
化简EBG结构的仿真分析过程需要利用弗洛凯(Floquet)定理,因此首先对该定理进行研究,然后在电磁仿真软件中利用Floquet端口结合主从(Master-Slave)边界条件对EBG单元结构进行仿真分析;依据控制变量的思想,结合电磁仿真方法分析EBG单元结构的金属贴片宽度w、间隙g等参数以及基板的介电常数?和电磁波入射角度?对EBG反射相位带隙的影响,最终确定EBG单元结构的各项参数值并对加载方形阵列EBG反射器的天线模型进行仿真分析。
【CN209232963U】一种低剖面定向天线【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920213589.1(22)申请日 2019.02.20(73)专利权人 嘉兴诺艾迪通信科技有限公司地址 314000 浙江省嘉兴市经济技术开发区金穗路79号1幢103室、105室(72)发明人 王玉峰 (51)Int.Cl.H01Q 19/10(2006.01)H01Q 9/40(2006.01)H01Q 1/50(2006.01)H01Q 1/36(2006.01)(54)实用新型名称一种低剖面定向天线(57)摘要本实用新型公开了一种低剖面定向天线，属于天线技术领域，包括印制板、反射板、支撑件以及馈电件，印制板为天线的辐射部分，其辐射体为单极子形式，基板作为辐射体的支撑结构，反射板作为支撑及电磁信号的反射结构，支撑件为结构固定机构，馈电件为射频信号的输入输出口，本实用新型的具有小型化低剖面的特点，能完成定向方位通讯。
权利要求书1页 说明书2页 附图1页CN 209232963 U 2019.08.09C N 209232963U1.一种低剖面定向天线，其特征是：所述低剖面定位天线包括底板，底板两端均设有一个侧板，两个侧板的一端均设有一个寄生板，底板、两个侧板及两个寄生板由反射板构成，底板、两个侧板及两个寄生板形成腔体，腔体内设有印制板，底板上设有馈电件和支撑件，馈电件连接印制板和底板，印制板包括基板和辐射体，支撑件连接基板和底板。
2.根据权利要求1所述的一种低剖面定向天线，其特征是：所述两侧板之间的长度为5~120mm，两侧板的长度均为5~150mm，两侧板的宽度均为1~50mm。
3.根据权利要求1所述的一种低剖面定向天线，其特征是：所述基板的两端分别向两个侧板延伸且基板的两端分别与两个寄生板抵触。
权 利 要 求 书1/1页2CN 209232963 U。
基于双径向线的低剖面径向线螺旋天线
基于双径向线的低剖面径向线螺旋天线ZHANG Cheng;SHI Jin;MAO Zhen;YANG Bing;DING Taojie【摘要】在卫星收发系统中,圆极化天线是一种重要的器件,负责信号的接收和发送.而径向线螺旋天线是一种重要的圆极化天线,但为实现圆极化性能,天线高度需达到0.15λ.通过引入主径向线和副径向线之间的耦合,减小了天线的高度,从而实现了低剖面的径向线螺旋天线.通过在馈电结构中引入贴片电容,从而改善了天线的阻抗匹配性能.所提出的径向线螺旋天线的高度为0.0525λ,仅为传统径向线螺旋天线高度的34％.为验证理论预期的可实现性,设计了基板为FR4、中心频率在1.54 GHz的低剖面径向线螺旋天线.实验结果表明,该天线的实测10-dB匹配带宽和3-dB轴比带宽分别为900 MHz和27 MHz,实测增益在2.9 dBi,能够满足卫星接收天线的收发要求.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2019(019)002【总页数】4页(P32-34,48)【关键词】径向线螺旋天线;圆极化;主螺旋线;副螺旋线;低剖面【作者】ZHANG Cheng;SHI Jin;MAO Zhen;YANG Bing;DING Taojie【作者单位】;;;;【正文语种】中文【中图分类】TN820.1+11 引言就卫星通信系统的接收和收发天线而言，圆极化天线越来越受到学者和技术工作者的关注，这是由于圆极化天线能够有效减小卫星通信系统在传输信号的过程中由于雨雾影响所引起的法拉利旋转效应和多径效应[1]。
径向线螺旋天线是一种重要的圆极化天线，主要由螺旋线、同轴线和一条水平微带线构成[2]。
对于传统的径向线螺旋天线而言，高度是影响天线圆极化性能的重要因素，通常天线高度需要达到0.15 λ 才能实现天线的圆极化[3]；当高度减小到一定程度时，例如0.05 λ，天线将不再具有圆极化性能。
在天线过去几十年的发展中，周期性技术被用来实现天线的低剖面设计，例如电磁带隙[4]技术和人工磁导体技术[5]；但由于这些技术采用的都是周期性结构，所以会导致天线的尺寸过大以及加工复杂等问题。
一种低剖面高增益超宽带平面螺旋天线[发明专利]
![一种低剖面高增益超宽带平面螺旋天线[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/12f5bf2d2cc58bd63086bd80.png)
专利名称：一种低剖面高增益超宽带平面螺旋天线专利类型：发明专利
发明人：张怀武,笪策,杨青慧,苏桦,吴同庆
申请号：CN201710584031.X
申请日：20170718
公开号：CN107369904A
公开日：
20171121
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明属于通信技术领域，提供一种低剖面高增益超宽带平面螺旋天线，用以克服现有平面螺旋天线带宽不够宽、增益不够高以及尺寸不够小的问题；本发明包括天线辐射器、背腔、馈电巴伦及馈电接头，背腔内设置有金属空心圆台，金属空心圆台位于介质底板上、中轴线与背腔中轴线重合，其侧表面上任意位置与天线辐射器的垂直距离满足关系式：λ为侧表面上该位置垂直投影至天线辐射器上对应位置处天线辐射器的工作波长。
本发明能够兼具低剖面、高增益、超宽带、圆极化、小型化等优点，工作频率扩展到2～40GHz，带宽比为20:1，平均增益达到6.5dBi。
申请人：电子科技大学
地址：611731 四川省成都市高新区(西区)西源大道2006号
国籍：CN
代理机构：电子科技大学专利中心
代理人：甘茂
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一种低剖面平面螺旋天线的设计
[ 录入者:天线微波 | 时间:2008-12-19 12:31:09 | 作者:景小东张福顺 | 来
源: | 浏览:498次 ]
摘要文章提出了一种低剖面平面螺旋天线的设计方法，用金属反射板代替传统的A ／4反射腔来实现螺旋天线的单向辐射，并在螺旋末端接以阻性负载，以改善天线的电性能。
实验结果表明，对于工作频带为1．3GHz～2．1GHz的四臂平面阿基米德螺旋天线，在保证天线特性的前提下，整个天馈结构的厚度减小至17ram。
0 引言
平面螺旋天线由于其结构的自相似性，能在很宽的频带内辐射圆极化波，因而获得了广泛的应用¨J。
平面螺旋天线的辐射是双向的，但在实际应用中，往往要求天线具有单向辐射特性。
通常的做法是，在螺旋天线的一侧加装反射腔，并根据实际情况在腔内填充微波吸收材料。
这种做法能使天线达到相当宽的频带(2GHz～
18GHz) 』，但其最大的缺点是，由于微波吸收材料的存在，近一半的辐射能量将被吸收掉 J，这使得天线的效率大大降低；即使不填充吸收材料，反射腔A／4的高度又使得天线的厚度过大，这在某些应用中又令人难以接受。
文章根据四臂平面螺旋天线的原理，设计了相应的馈电网络，将其地板作为天线的平面反射器，代替A／4反射腔，并在螺旋终端接阻性负载，以减小由镜像电流引起的互耦对天线电性能的影响。
通过调整天线辐射器与馈电电路板的间距，在保证天线电性能的前提下，使天线厚度减薄至17ram，满足低剖面要求。
1 天线设计
1．1 平面阿基米德螺旋天线
平面螺旋天线的基本形式为等角螺旋天线和阿基米德螺旋天线，在结构上又有单臂、双臂、四臂之分。
文章采用四臂平面阿基米德螺旋天线，其结构如图1所示。
其中螺旋臂1的两条边缘线满足的曲线方程分别为：
多臂平面螺旋天线具有多个工作模式，不同的模式需要不同的激励方式。
文献[5]中的分析表明，对于多臂平面螺旋天线，为激励出需要的工作模式，相邻各臂的输入电流应满足幅度相等，相位相差△ (360m／n)。
(m为模数，n为臂数)。
因此，对于工作于模式1的四臂平面阿基米德螺旋天线，相邻各臂的输入电流应满足幅度相等且相位依次相差90。
文章采用3个Wilkinson功率分配器及相移线来实现对天线的馈电，馈电网络结构如图2所示。
功分器1通过两段长度相差a／2的微带线与功分器2、3相连，用以产生等幅反相信号；功分器2、3的输出端分别接两段长度相差a／4的微带线，这样，馈电网络将在A、B、C、D处输出幅度相等且相位依次相差90。
的信号。
在功分器1的输入端，通过一段a／4阻抗变换器与50Q微带线匹配，在A、B、C、D处通过四段平行馈线经由过孑L分别与天线四条臂的馈电点相连。
馈电网络的微带线宽可根据天线的输入阻抗及平行馈线的特性阻抗来确定。
1．3 设计与实现
首先，根据所需工作频率确定螺旋面的直径D，使其周长约为1。
5A⋯。
取为130ram，螺旋率口=6．37，r0=11mm，馈电点问距d=8mm。
根据公式(1)可以计算出激励于模式1的四臂平面阿基米德螺旋天线每条臂的对地阻抗为133I'~，考虑到馈电方式及介质的影响，实际的输入阻抗要低于该值，一般情况下，用lO01"l的馈线就能实现很好的匹配 j。
据此，馈电网络输出端微带线特性阻抗设计为1001~，在4、B、C、D处经由过孑L通过四段平行馈线与天线各臂馈电点相连，调节平行馈线的问距可以实现与天线的匹配。
当用导体平面反射器来实现天线的单向辐射时，根据镜像原理，实臂与虚臂电流的互耦将破坏螺旋臂上的电流分布，从而使天线的电性能恶化，特别是当反射器与螺旋面的间距相对于波长很小时。
可以通过在螺旋终端接阻性负载的方式加以改善。
实验中发现，当负载阻值为120Q时，天线有较好的性能，天线厚度可减薄至
1 7mm。
集成的天线结构如图3所示。
2 测试结果
用HP8753D矢量网络分析仪对天线的驻波进行了测量，其结果如图4所示。
可以看出，在11GHz～2．4GHz频带内，天线的驻波小于2。
在微波暗室中，用自制的天线远场自动测量系统对天线的轴比和方向图进行了测量。
图5为轴比测试曲线，可以看出，由于馈电网络自身的窄带特性，大线的圆
极化带宽小于其阻抗带宽，但仍然达到了在I．3GHz～2．1 GHz频带内轴比小于3dB 的特性。
图6给出了天线在1．3GHz、1．7GHz、2．1 GHz
处的测试方向图，可见方向图对称性较好，但由于反射地板尺寸较小，方向图后瓣较大。
3 结论
针对平面螺旋天线设计中所存在的不足，提出一种低剖面螺旋天线的设计方法，根据此方法所设计的四臂平面阿基米德螺旋天线，在工作频带内具有良好的阻抗和辐射特性，且整个天馈结构的厚度仅为17mm，远小于传统设计的厚度，天线结构简单紧凑，易于制作。