超宽带低剖面平面螺旋天线的研究与设计

对抗 的地位也变得越来越重要Ｉ】 。
和有限厚度 的原因，输入阻抗约为１２０～１４０ Ｑ。
虽然传统 的干扰 和抗干扰方 式已有相应 的措施 与之 抗 １．２天线辐射器设计
衡 ，但 是随着新体制雷达的不 断出现和发 展，电子对抗出现
本 文使 用ＣＳＴ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ—ｓｔｕｄｉｏ软件建立 阿基米 德
随着科 学技术 的不断发展，电子技术在军事领域 的应用
在双臂阿基米德螺旋天线中，如果螺旋臂线 宽等于两螺
日益广泛，几乎全部的现代化武器系统都依赖于 电子系统的 旋臂的缝隙宽度，则称该结构为 自互补结构。这一结构的螺
技术效能。由于在现代战争 中，电磁环 境越来越 复杂，电子 旋天线的输入阻抗理论值为１８８．５ Ｑ，实际 中由于有限长度
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图７ 方向图
仿真结果表明，该天线的阻抗带宽和圆极化带宽较宽， 并能够在２～４０ ＧＨｚ极宽的带宽范围内具有 良好 的性能，相 对带 宽为２０：１。同时 这一 天线 设 计极 大 地 降低 了天 线 的 剖 面厚度 ，由一 般平 面螺旋 天 线３０ ｍｍ的剖 面厚度 降低 为 １０ ｍｍ，厚度仅为前者的３３％。 ３ 结语
天线作为无源器件，需要馈 电网络的支撑 。平面螺旋天
带，这是因为 阿基米德螺旋天 线具有一种 “辐射带 ”理论 。 线是平衡式系统，而通常的微波传输 同轴线是一种超宽带、
在周长为一个波长的圆环带，在 垂直于螺旋平面的方向上 ， 非平衡传输线 ，如果将其直接连接会影响天线 的辐射，因此
双臂 的 电场 相互 加 强 ，形成 辐 射 。
非频变特性 。】。且在有效辐射带相垂直的区域处 ，电场方 向 求，这就需要能够 同时实现宽带匹配和平衡非平衡转换 的宽
相互正交 ，因此圆极化特性 良好ｌ８ 】。
带 馈 电 巴伦 ” ”】。
作者 简介 ：笪策 （１９９３一 ），男，河北保定人 ，硕士研 究生；研究方向：宽带天线。 一 ７５—
应现代 雷达的高分辨率 】。
螺旋增长率ａ＝Ｏ．３，螺旋圈数ｎ＝２０。为了缩短馈 电巴伦 的长
非频 变天线 的阻抗特性与方 向图不会随频率变化 ，因 度，采用加宽螺旋臂线宽的方式减小辐射器阻抗 ，经仿真优 此 非频变 天线是一种超 宽带 天线 ，在 电子对抗 中具有广泛 化螺旋臂宽ｗ＝０．６ ｍｍ。同时逐渐 切削螺旋臂的末端 ，以减 应 用 】。非 频变 天线 基于拉姆 塞原理 ，其形状 只由角度 决 小螺旋臂末端的反射电流，从而形成行波电流。
第 ４期 ２０ｌ８年 ２月
无 线互 联科 技
Ｗｉｒｅ１ｅｓｓ Ｉａｔｅｒｎｅｔ ＴｅＣｈ１３Ｏ１Ｏｇ
Ｎｏ．４ Ｆｅｂｒｕａｒｙ，２０１８
超 宽带低剖面平面螺旋 天线的研究与设计
笛 策
（电子科技 大学，四川 成都 ６１００５４）
摘 要 ：平面螺旋天线具有频带较 宽、体积较小、圆极化性能较好等特 点，在电子对抗中应用广泛。通过研 究影响阿基米德平 面螺 旋天线带宽和剖面的主要 因素，设计平面螺 旋辐射器、微带馈 电巴伦以及反 射背腔 ，从而设计了在２～４０ ＧＨｚ频带范围内 具有良好特性的平面螺旋 天线。文章通过调整辐射器阻抗降低 了巴伦 长度，从 而降低 了天线４，１ 厚度 ，并且通过设计金属背 腔增强了前向增益。仿真结果显示，所设计天线的频带较 宽，并且圆极化特性 良好。 关键词 ：平面螺旋天线；宽带；低剖面；巴伦 ；背腔
需要进行平衡一非平 衡转换的巴伦 。所设计 的天线 辐射器
这一半径 区域就是该频 点的有效辐射带区域，随着频率 实际输入阻抗为 １０５ Ｑ，与常用的５０ Ｑ同轴线 连接 时，需要
的变化 ，有效辐射带也在不断移动，发生 自比例效应 ，具有 进行阻抗 匹配，而这 种匹配需要满足平面螺旋天线的宽带要
第 ４期 ２０１８年２月
无线 互 联科 技 ·设计 分析
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Ｎｏ．４ Ｆｅｂｒｕａｒｙ，２０１８
了更大的挑战 。电子对抗技术要求具有对低载获雷达的信息 螺旋 天线 辐射器 模 型并仿 真 ，辐 射器结 构 如图ｌ所示 。该 截获能力以及对宽带大功率雷达的干扰能力，由于系统带宽 辐射器 的工作 频率范 围是２～４０ ＧＨｚ，由计 算可得 天线外
的不 断提 高，这 就要求收发天线 的带宽必须不断展宽来适 径Ｒ＝３５ ｍｍ，内径ｒ＝０．８ ｍｍ。经过仿真优化 ，最后选择天线
定，尺寸可以为 无限长。在实 际应 用中，天线 的尺寸是有 限
的，这决 定了电流应 随着与输入端距离的增大而减小，并在 电流极 小的位 置截断天线 。平面螺旋天线 是一种非频变 天
线，因此具有超宽带特性。 １ 天线的设计
１．１ 阿基 米 德 螺 旋 天 线
双臂阿 基米德 螺旋天线是 由两条旋转对 称的螺旋线组
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图５ 加背腔育慵 增益比较曲线
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图６ 轴 比曲线
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本文设计了一种超宽带低剖面平面螺旋天线，通过仿真 结果可知 ，在２～４０ ＧＨｚ频带上该天线辐射特性 良好，并 目该 天线的剖面厚度降为常规厚度的３３％，仅有１０ ｍｍ。此外，本 文还进行了微带线指数 渐变到平行双 线的非平衡一平衡阻 抗转换巴伦和异形反射腔的设计，使天线保持了宽频带特性 以及高增益特性 。
成 ，螺 旋 线 在 极 坐标 中 的方 程 如下 ：
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表示 起始半径 ，口表 示增长率， 表 示角度。在远离原
点的线段 上，密绕 的阿基米德螺旋线 与密绕的等角螺 旋线
图１ 天线辐射器
相逼 近。阿基米德螺旋天线并 没有严格符 合拉姆塞原理，因 １．３馈 电巴伦设计
此不是严格 的频 率无 关天线，但 是其 同样 具有非常宽的频