宽带小型化四臂螺旋天线的研究

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宽带小型化四臂螺旋天线概要

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

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

四臂螺旋天线设计与实现研究

四臂螺旋天线设计与实现研究
长为: = ( D) 十
( 1 )
( 2 )
轴 向尺 、 长度日为: H= n X a = 0 。 时, 可 简 化为 线 型 天线 。
( 3 )
( a ) 终端 开路结 构
( b ) 终端 短路结 构
当X = 0 , a = 0 。 时, 螺 线 天 线可 简化 为环 形 天线 ; 当D = 0 ,
4 2
时, 辐 射 模 式 为轴 向 模 , 此 时 螺 旋 天 线最 火辐 射 方 向 与轴 线
本 文设 计的一 种小 型化 四 臂螺 旋 天线 , 谐 振 频 率为
作者简介: 樊 际洲 ( 1 9 7 7 一 ) , 男, 陕 西渭南 , 硕士, 高级天线设计师; 研究方向: 宽带天线
第l 4 期 2 0 1 7 年7 J
无 线 互 联 科 技
Internet T eChnol ogY
NO. 1 4 Ul v.2O1 7
四臂螺旋天线设计与实现研究
樊 际洲
( 广州海格通信集团股份有限公司, 广东 广州 5 1 0 6 6 3 )
摘 要 : 文章介绍了四臂螺旋天线的结构特性和几何尺寸、 螺旋模式; 设计了 一种小型四臂螺旋 天线, 采用巴伦平衡结构的自 相移馈电方式馈电, 将螺旋臂印刷在 高介电常数 陶瓷柱上 , 减小了天线的体 积, 通过仿真分析, 该种天线具有良好的宽波束和
图2 终 端 开 路 和终 端 短 路 四臂 螺 旋 天 线 结 构
I 2 中, 为 天线螺距, D为螺旋直径 , 为螺旋轴 长, " 为 螺旋圈数。 天线结构尺 寸计算参考公式 为:
1 . 2螺旋 天线辐射模 式分析
四臂 螺 旋 天 线 辐 射 特 性 受 天 线 结 构 的 影 响较 大 , 螺 旋 直径 波 长 比 D , 直径 D起 到 关 键 作J E } I , 决 定了辐 射 办 式 。 当 商径 D<2 时, 辐 射模 式 为法 向模 , 螺 旋 天 线 最 大辐 射 方 向与

四臂螺旋天线简介

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。

一种小型高精度四臂螺旋天线的设计

一种小型高精度四臂螺旋天线的设计

一种小型高精度四臂螺旋天线的设计张华福;李晓鹏;黄建忠;张照良【摘要】本文通过设计研究以空气作为介质,四轴对称,耦合辐射臂加载底部耦合主辐射臂的四臂螺旋天线,经过计算仿真,结果表明,这种耦合方式在一定程度上扩展了天线的阻抗带宽,使得天线获得了很宽的频带,在L1频段具有150MHz的带宽,使得天线能实现GPS:L1,GLONASS:L1,北斗:B1和Galileo:L1多星座卫星的接收,同时,这种天线有较宽的轴比带宽,实现了天线良好的圆极化性能和较强的抑制多路径效应的能力,并且有较高的增益.这种天线体积小,重量轻,易安装,为高精度无人机行业提供重要的研究价值.【期刊名称】《电子世界》【年(卷),期】2016(000)012【总页数】2页(P101,103)【关键词】四臂螺旋;宽频带;高精度;无人机;轴比;天线【作者】张华福;李晓鹏;黄建忠;张照良【作者单位】广州中海达卫星导航技术股份有限公司;广州中海达卫星导航技术股份有限公司;广州中海达卫星导航技术股份有限公司;广州中海达卫星导航技术股份有限公司【正文语种】中文全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)具有全时空、全天候、高精度、连续实时地提供导航、定位和授时的特点,因此在经济发展、科学研究、灾害防控以及军事领域起着越来越重要的作用[1, 2, 3]。

近年来,高精度无人机和手持高精度移动测量设备发展越来越快,而这些设备需要带宽宽,精度高,搜星能力强的天线来实现高精度测量的功能。

而传统的贴片微带天线由于体积大,质量重,使用安装复杂,很难满足移动高精度测量设备的需求。

然而,螺旋天线具有易加工,性能好的优点,越来越受到关注,kiglgas最先分析了螺旋天线的性能[4]。

但是传统的螺旋天线是由铜线或者其他金属绕制而成的。

加工工艺复杂,带宽很窄,天线的性能不能保证,而且一致性差[5, 6, 7]。

基于上述考虑,本文提出一款新型空气作为介质,四轴对称,耦合辐射臂加载底部耦合主辐射臂的四臂螺旋天线的设计,能满足GPS:L1,GLONASS:L1,北斗:B1和Galileo:L1多星座卫星的接收,并且具有较宽的增益带宽和轴比带宽,有较大的抗多路径能力,为高精度无人机行业和手持高精度移动测量行业的发展具有重大意义。

四臂螺旋天线简介

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。

小型化宽带宽波束四臂螺旋天线

小型化宽带宽波束四臂螺旋天线

2017年第7期信息通信2017(总第175 期)INFORMATION & COMMUNICATIONS (S u m. N o175)小型化宽带宽波束四臂螺旋天线樊际洲(广州海格通信集团股份有限公司,广东广州M0663)摘要:文章提出一种应用于卫星移动通信系统的小型化宽带宽波束印刷四臂螺旋天线结构,每组辐射振子分成两个支 路,分别以不同的长度、宽度和螺旋角度绕制以减少振子间的耦合、提高带宽。

该天线的宽频带、宽波束能适用于卫星通 信手持终端系统的应用。

关键词:小型化;印刷四臂螺旋天线;宽带;宽波束中图分类号:TN823 文献标识码:A文章编号:1673-1131(2017)07-0229-02Miniaturized Printed Quadrifilar Helical Antenna With Broadband And Wide-beamFan Jizhou(Guangzhou Haige Communications Group Incorporated Company)Abstract:Miniaturized broadband and wide-beam antenna is presented for satellite mobilecommunication systems.In this paper,Four bifilar which is consists o f t wo helices o f different lengths,widths and pitch reduced the mutual coupling and improved impedance bandwidth.The proposed antenna displays attractive characteristics for satellite mobile communication systems applicationsKey Word:Miniaturization Printed quadrifilar Helical Antenna,Broadband,Wide Beam〇引言近年来,在军事和民用领域,卫星移动通信业务得到了广 泛的应用,并起到了越来越重要的作用。

四臂螺旋天线研究与设计

四臂螺旋天线研究与设计
Si c ce e& Te h lg s n n c noo yVi o i
0 月第 1期 02 4 1
四臂螺旋天线研究与设计
程 (. 国 电子 科 技集 团第 二 十研 究所 1中
【 摘
醅 , 李 英杰 7 0 6 ;. 电子 科技大 学 1O 8 2西安 陕西 西安 7 07 ) 10 1
式及行波模式四 。 Klu. . i s C C提 出了一种等效方 法来研究 四臂螺旋 天线 g s I Nc c E E& T cHN。L Y II E 。G V s。N 科技视 界 I6 1
陕西
西安
要 】 文设计 了一种 多频点 角锥形四臂螺旋天线 , 本 并对其各种参数进行 了 化。天线设计工作在 L波段 , 优 各频点驻波
系数小于 2 天线要 求为右旋圆极化 。 用 A sfHF S软件 对天线进行 了仿真分析 , , 利 no S t 结果表 明该天线具有 良好 的增益特性和方
() 示 。 c所
线的 电压驻波 比( S V WR) , 2各频点带宽 1MH 。天线 圆 d于 , 0 z 极化增益 大于 6 B, d 仰角 lo 5 以上 的轴 比小于 6 B 天线天顶 d, 到 9o 0 的增益 落差 大于 1d 。 2B
C C Kl s 16 . . i u 在 9 8年提 出 了谐振 式 四臂 螺旋 结构 天 g 线闭, 典型结构如 图 2所示 。 它 由四根螺旋臂组成 , 每根 的长 度为 四分之一波 长的整
天线。
的应用与发展做 出了重大贡献[ 1 ] 型的螺旋天线一般 为圆 。典 柱形 , 通常 由金属丝缠绕而成 。 其结构如 图 1 所示 。螺旋天线 结构 的空间特征参量有 三个 : 螺旋高度 、 螺距和直径 。

gps宽带四臂螺旋天线研究

gps宽带四臂螺旋天线研究

摘要摘要自1901年马可尼首次成功实现了无线通信,无线产品相继涌现,已然将人们的生活变得越来越便利。

无线通讯技术发展之迅速、应用之广泛是科技进步的体现也是人们生活品质提高的需求。

在无线通信系统中,天线是一个关键的设备,负责辐射和接收电磁波,其性能参数的优劣直接影响了整个系统的运行。

而天线的种类繁多,不同的应用方向上都有相应的天线来配备使用。

其中四臂螺旋天线不仅具有良好的圆极化性能、心脏形方向图,灵敏度也较高,非常适合作为全球定位系统(Global PositioningSystem,GPS)中的接收天线来使用。

众所周知,全球定位系统随着无线通信技术的发展,早已不局限于军事的应用,慢慢融入了社会发展、经济建设等领域。

越来越广泛的应用,往往意味着越来越高的标准,也就需要越来越深入的研究,尤其是对系统的信号接收起决定性作用的天线。

基于此应用领域,本文结合陶瓷加载、LTCC等技术对宽带化的四臂螺旋天线做了相应的研究和设计工作。

首先是对四臂螺旋天线研究背景的充分介绍和理论基础的详细分析。

四臂螺旋天线的四臂结构形式要获得优良的圆极化特性需等幅正交的馈电,天线设计的工程中不只要考虑天线特性,馈电网络也是一个不可忽视的问题。

另一个值得注意的是天线发展过程中与新材料、新工艺等的结合,这是科技进步的新趋势。

其次介绍了本文设计的一种陶瓷柱加载的四臂螺旋天线。

在天线小型化的道路上,高介电常数陶瓷材料的加载无疑是一重要里程碑,在此基础上,本设计又结合了在天线主辐射臂旁附加短路寄生臂的方法来展宽天线带宽。

经过仿真优化,天线整体尺寸仅为直径10mm、高度12mm的柱体大小,半功率波瓣宽度可达120︒以上,带宽可达15%,且实现了很好的右旋圆极化特性。

之后本文又设计了一种方形印刷四臂螺旋天线。

该天线放弃了传统的柱体绕制结构,采用立方体的相邻四面分别印刷天线四个臂的形式,将四臂螺旋天线的宽波束和良好圆极化特性的优势与微带天线易加工生产的优点相结合。

RFID小型圆极化四臂螺旋天线的设计

RFID小型圆极化四臂螺旋天线的设计

RFID小型圆极化四臂螺旋天线的设计近年来射频识别(Radio Frequency of Identificatio,RFID)技术的应用逐渐广泛,同时也倍受重视。

特别是UHF频段的RFID系统,由于其传输距离远、传输速率高,受到了更多地关注。

典型的RFID系统由RFID阅读器和标签两部分组成,RFID无源标签依靠RFID阅读器发射的电磁信号供电,并通过反射调制电磁信号与阅读器通信。

因此,RFID标签天线设计的优劣对其系统工作性能有关键的影响。

常见的射频识别阅读器天线有折合振子天线、分形天线、微带天线以及轴向模螺旋天线。

由于折合振子天线和分形天线一般为线极化天线,难以满足阅读器对各方向电子标签的识别要求,所以在较多场合不适用;而微带天线由于其面积尺寸过大,在小型化的阅读器手持机上的使用受到了限制;轴向模螺旋天线同样因轴向高度过高,在实际使用中也受到了限制。

因此,如何设计出一种小尺寸、低剖面、高性能的圆极化射频识别天线成为了关注的焦点。

(短波天线的制作方法)四臂螺旋天线由于其圆极化性能出色,被广泛应用于GPS领域。

随后经过进一步发展,Wang—lk Son等人将四臂螺旋天线应用至RFID,并利用平面倒F天线代替了传统的单极子天线作为四臂螺旋天线的天线臂,如图1所示,实现了良好的效果。

文中利用该方式,设计了一种在尺寸和性能上更具优势的RFID阅读器天线。

1、小型化四臂螺旋天线的设计1.1、四臂螺旋天线的设计文中设计的倒F四臂螺旋天线的结构如图2所示。

天线由4个完全相同的倒F天线组成,水平部分印制在介电常数为9.6,尺寸为60 mm×60 mm,厚度为1 mm的矩形微波复合介质板上,垂直部分印制在相同的4个厚度为1 mm的FR4小介质板上。

4个天线馈电为等幅馈电,相位按逆时针相位依次滞后90°,形成右手圆极化。

由于螺旋天线的4个臂相距较近,相对两臂之间的距离约为0.18 λ,天线4个臂之间的耦合较强。

宽带弯折渐变印刷四臂螺旋天线的设计

宽带弯折渐变印刷四臂螺旋天线的设计

ZYX图1(b)印刷四臂螺旋天线设计示意图表1 结构尺寸参数表αβa105.82mm49°49.5°10.5mm1mm天线的仿真结果如下,图2所示为天线的电压驻波比阻抗带宽达到了28%(1.86为了考察天线的辐射特性,设计给天线四个端口进幅馈电。

仿真得到天线2.5GHz三个频点的辐射方向图如图502018.3port4port5port3port2hport12×hZ0Z0Z0Z0Z2Z1R1R2图5 馈电网络结构示意图图6 馈电网络实物照片图7 馈电网络回波损耗和传输系数实测结果0-5-10-15-20-25-30-35-40-45M a g n i t u d e (d B )1.0 1.52.0 2.53.0 3.54.0Frequency (GHz )S11S12S13S14S15从图中可以看出深色和浅色的电路分别位于厚度为2×h 的介质两侧,且尺寸一致。

位于介质中间的是金属层将平行带线过渡为两个同结构的反相微带线。

射频信号从port1输入到平行带线,再传输到上下两个反相微带线,最后通过威尔金森功分器传输到其它4个端口,形成一分四且相位差90°的馈电网络。

采用奇偶模法[9]可以得到每一部分的特性阻抗。

输入和输出端的特性阻抗为Z0=50Ω,反相微带线的特性阻抗为Z1=Z0/2=35.35Ω,威尔金森功分、9为馈电网络各项参数实测结果以看出回波损耗小于-10dB 的范围为1.3GHz (1.86~2.5GHz );端口1到其它端口的传-6.6dB 左右,波动小于0.3dB 。

从图在工作频率范围内端口2与其它3个输出端口的隔离度均大)分别展示了该天线在1.86GHz 的实测辐射方向图。

可以看出该天线在工作频带内具有良好的宽波束特性,半功率波瓣宽度均大于由于馈电网络的引入,馈电网络的不对称性致使方向图产生同时馈电网络非理想的相位差导致了交叉极化隔离图10 实物测试图90 -60 -30 0 30 60 LHCP RHCPθ(deg )φ=0°。

一种新型高增益小型化四臂螺旋天线

一种新型高增益小型化四臂螺旋天线

一种新型高增益小型化四臂螺旋天线WANG Xiaoming;LI Yajun;RUI Xi;WU Yongqing【摘要】针对卫星通信、卫星导航设备中四臂螺旋天线低仰角增益低、馈电网络尺寸不能满足安装要求的问题,设计了一种新型四臂螺旋天线,采用折叠式威尔金森(Wilkinson)移相馈电网络馈电,采用类八臂渐变式螺旋臂的方法提升天线低仰角增益.天线仿真和测试结果吻合良好,结果显示,在±60°~±90°低仰角范围内天线增益提高了1~2 dB,天线轴比保持在2以内,馈电网络高度降低了1.5 cm.该四臂螺旋天线具有低仰角高增益、圆极化特性良好、尺寸小等特点.【期刊名称】《电讯技术》【年(卷),期】2019(059)007【总页数】5页(P842-846)【关键词】四臂螺旋天线;折叠式威尔金森;移相馈电网络;类八臂;小型化设计【作者】WANG Xiaoming;LI Yajun;RUI Xi;WU Yongqing【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】TN828.51 引言四臂螺旋天线具有宽波束、优良的广角圆极化特性[1]、便于小型化、高灵敏度等优点,被广泛应用在卫星导航、卫星通信等领域[2-4]。

自1946年俄亥俄州立大学的John D.Kraus[5]发明螺旋天线以来,国内外学者开展了大量相关研究提升四臂螺旋天线性能,从单臂螺旋演变为四臂螺旋[6-7],再到后来发明的印制四臂螺旋天线[8],四臂螺旋天线越来越朝着高增益、理想的圆极化特性、小型化的方向发展。

20世纪90年代初,James M.Tranquilla[9]开展了关于四臂螺旋天线在导航系统中的应用研究。

通信系统、卫导系统越来越多地应用四臂螺旋天线及相应的改型天线。

现有的卫星导航、卫星通信终端天线大多采用四臂螺旋天线,例如机载卫导天线、船载卫星电话等设备。

相关终端产品要求在宽覆盖角域内具有可靠的通信质量;同时,终端设备在结构尺寸上有更严苛的要求。

局部放电检测用四臂正旋天线的小型化研究

局部放电检测用四臂正旋天线的小型化研究

局部放电检测用四臂正旋天线的小型化研究蔡智宇;张斌;汪志成【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2024(53)4【摘要】针对高压电气设备例如变压器、气体绝缘组合电器(GIS)、中压开关柜等设备局部放电(PD)特高频信号的高灵敏度检测需求,解决现有特高频螺旋天线(UHF)例如平面等角螺旋、阿基米德螺旋在外置安装时极化方向单一、体积大、检测频带窄、抗干扰能力弱以及灵敏度低等问题,对四臂正旋天线进行了各种小型化的研究。

首先,HFSS仿真确定天线在工作频带下的最佳尺寸,在验证天线的端口参数以及天线的辐射性能符合要求的情况下,即四臂正旋天线的全极化特性、S11参数小于-10 dB、VSWR电压驻波比小于3 dB、Smith圆图阻抗匹配的情况下,选取介电常数为2.2的Rogers RT/duroid 5880作为介质基板,将设计的天线PCB打板;然后,在构建的4种模拟局部放电实验环境中实际测试。

结果表明:在金属尖端放电、绝缘件内部气隙放电、自由金属颗粒放电和沿面放电的4种放电环境下四臂正旋天线都能检测到脉冲信号并且完整地保留4种放电的特征信息,并且尺寸控制在200cm以内,设计的天线能够在复杂的电气设备环境下使用。

【总页数】6页(P287-292)【作者】蔡智宇;张斌;汪志成【作者单位】东华理工大学机械与电子工程学院【正文语种】中文【中图分类】TM855【相关文献】1.检测气体绝缘组合电器局部放电的四频段微带单极子特高频天线设计2.局部放电检测用小型化宽带平面螺旋天线研究3.GIS局部放电检测天线本体和巴伦共面柔性小型化特高频天线传感器研究4.检测GIS局部放电的小型化多频带复合天线5.GIS 局部放电检测用小型化平面螺旋天线研究因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

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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。

兼容性和协同性:研究天线与其他通信组件的兼容性和协同性,以提高整个通信系统的性能。

例如,如何将天线与射频前端、功率放大器等其他组件进行优化设计,以实现整个系统的最佳性能。

智能化和可定制化:随着人工智能和物联网技术的快速发展,未来的四臂螺旋天线将更加智能化和可定制化。

通过引入智能算法和大数据技术,可以实现天线的自适应调整和优化,以满足不断变化的应用需求。

同时,随着制造技术的进步,也将实现天线的高度可定制化,满足各种客户和市场的特定需求。

宽带小型化四臂螺旋天线作为一种具有优良性能和广泛应用前景的天线类型,是无线通信领域的重要研究方向之一。

本文通过对宽带小型化四臂螺旋天线的深入研究,揭示了其工作机制和设计方法,并对其未来发展方向进行了展望。

随着科学技术的不断进步,相信未来的宽带小型化四臂螺旋天线将在理论研究、技术开发和产业应用等方面取得更加卓越的成果,为推动无线通信技术的发展做出重要贡献。

本文将介绍全球定位系统中至关重要的小型介质加载四臂螺旋天线。

这类天线在卫星导航、精密定位等领域具有广泛的应用前景,对于提高定位系统的性能和精度具有举足轻重的作用。

全球定位系统(GPS)是一种利用卫星信号来确定地球上任意一点位置的导航系统。

它为军用、民用用户提供高精度、高可靠性的定位、导航和授时服务,对于现代战争和民事应用具有重要意义。

在GPS系统中,卫星信号的接收与处理是关键环节之一,而天线作为信号的接收装置,其性能直接影响整个系统的运行。

四臂螺旋天线是一种常见的天线类型,因其具有优良的电气性能和宽频带特性而被广泛应用于卫星通信、雷达等领域。

其工作原理是利用螺旋线结构来对电磁波进行聚焦和定向传播,从而实现信号的有效传输。

在GPS系统中,四臂螺旋天线被用来接收卫星信号,并通过信号处理获得定位信息。

小型介质加载四臂螺旋天线是四臂螺旋天线的一种改进型,通过在介质基板上方加载金属导体,使其具有更高的增益和更小的尺寸。

这种天线在GPS系统中具有以下优势:高增益:由于介质加载技术的应用,天线的增益得到了显著提高,从而能够更好地接收卫星信号,提高信号质量。

小型化:加载介质使得天线尺寸减小,从而能够更好地集成到GPS接收机中,减小整个系统的体积和重量。

抗干扰能力强:高增益的天线能够提高GPS系统的抗干扰能力,确保在复杂电磁环境下正常工作。

在GPS系统中,小型介质加载四臂螺旋天线的应用场景主要包括:卫星导航:用于车辆、航空器、航海器等移动设备的导航和定位,提供高精度、高可靠性的位置信息。

精密定位:在地理信息系统、智能交通等领域,实现厘米级甚至毫米级的精确定位,对于城市规划、土地资源调查等领域具有重要意义。

在操作方法上,小型介质加载四臂螺旋天线的安装与调试需遵循以下步骤:根据应用场景选择合适的安装位置,确保天线能够接收到足够的卫星信号;根据GPS接收机的说明书进行连接和设置,确保系统能够正常工作;对天线进行调试,调整其指向角度和高度,以获得最佳的信号接收效果。

小型介质加载四臂螺旋天线在全球定位系统中扮演着举足轻重的角色。

通过高增益、小型化和抗干扰能力的提升,它能够有效地提高GPS系统的性能和精度,为现代战争和民事应用提供强有力的支持。

在未来,随着科技的不断发展,我们有理由相信,小型介质加载四臂螺旋天线将在全球定位系统中发挥更大的作用,满足更多的应用需求。

随着通信技术的迅速发展,短波超短波频段的应用越来越广泛,例如无线电通信、雷达、电子对抗等领域。

然而,这些频段的信号传输距离较近,容易被干扰,因此需要研究具有高性能的短波超短波宽带小型化天线及匹配网络。

本文将探讨短波超短波宽带小型化天线及匹配网络的研究现状和存在的问题,并提出相应的解决方案。

短波超短波宽带小型化天线及匹配网络的研究在近年来得到了广泛的。

通过对天线材料、结构、尺寸的优化设计,以及匹配网络的精确构建,可以提高天线的性能并减小其尺寸。

文献中介绍了多种具有高性能的短波超短波宽带小型化天线,例如螺旋天线、Vivaldi天线等,以及匹配网络的设计方法,例如电阻匹配网络、传输线匹配网络等。

然而,这些研究仍存在一些问题,如天线的带宽较窄、增益较低、尺寸较大等。

目前,短波超短波宽带小型化天线及匹配网络的研究主要集中在设计具有宽频带、高增益、小型化的天线,以及根据天线特性进行精确的匹配网络设计。

研究者们通过优化天线的结构、采用先进的材料和工艺等方法,不断缩小天线的尺寸,同时保持其良好的性能。

另外,随着计算机技术的发展,数值模拟和仿真也成为了研究天线及匹配网络的重要手段。

然而,现有的研究仍未能完全解决天线的带宽、增益和尺寸等问题。

针对现有研究的问题,本文提出以下技术方案:天线材料和工艺改进:采用高性能材料,如超材料、复合材料等,提高天线的带宽和增益。

同时,采用先进的制造工艺,如3D打印技术、微纳制造技术等,实现天线的高精度制造。

匹配网络参数优化:通过优化匹配网络的电阻、电容、电感等参数,实现宽频带、高效率的信号传输。

同时,可以采用多个阻抗元件构成复杂的匹配网络,以适应不同频率和不同负载条件下的信号传输。

仿真分析:利用电磁仿真软件,对天线的电磁性能进行模拟分析。

通过调整天线的结构、材料和工艺参数,优化天线的性能。

实验研究:根据仿真分析的结果,制作并测试天线样品。

通过实际测量天线的增益、带宽等指标,验证技术方案的可行性。

系统分析:综合考虑天线与匹配网络的性能,分析整个系统的性能。

通过对比不同方案下的系统性能,评估技术方案的有效性。

实验结果表明,采用高性能材料和先进工艺制作的天线,具有较高的增益和较宽的带宽。

同时,通过优化匹配网络参数,可以实现宽频带、高效率的信号传输。

然而,仍存在一些问题需要进一步解决,如天线的尺寸仍然较大,以及匹配网络的稳定性有待提高等。

本文对短波超短波宽带小型化天线及匹配网络进行了深入研究,提出了一些可行的技术方案,并通过实验验证了其有效性。

然而,仍存在一些问题需要进一步解决,如减小天线的尺寸、提高匹配网络的稳定性等。

因此,未来的研究方向应包括探索新的天线结构和材料,优化匹配网络的设计方法,以及开展更为系统和全面的实验研究。

随着科技的不断发展,相信未来的研究将能更好地解决这些问题,推动短波超短波宽带小型化天线及匹配网络技术的进步。

随着无线通信技术的迅速发展,宽带宽波束圆极化天线在卫星通信、无线局域网、雷达等领域的应用越来越广泛。

然而,天线的尺寸和重量一直是限制其应用范围的重要因素。

因此,对宽带宽波束圆极化天线的小型化理论与设计进行研究具有重要意义。

本文将介绍宽带宽波束圆极化天线的小型化理论,并提出一种新型的小型化天线设计。

在无线通信领域,宽带通信系统的应用越来越广泛。

宽带通信系统要求天线具有宽频带、高效率、低损耗等特性。

同时,为了满足不同场景的应用需求,天线的尺寸和重量也需要进行优化。

圆极化天线由于其独特的优点,如能够接受任意极化的信号、具有抗干扰能力等,在宽带通信系统中受到广泛应用。

在波束形成方面,通过对多个天线进行相位和振幅调整,可以将无线信号集中在特定方向上,从而提高通信质量和可靠性。

宽带宽波束圆极化天线的小型化设计需要考虑到波束形成的需求,以保证天线在宽频带范围内具有稳定的性能。

为了实现宽带宽波束圆极化天线的小型化,本文首先对天线的小型化理论进行分析。

通过优化天线结构、选用高介电常数材料等方法,可以有效地减小天线的尺寸。

同时,为了保证天线的圆极化性能,需要合理设计天线辐射单元和反射单元的形状和尺寸。

最终,本文提出了一种新型的小型化宽带宽波束圆极化天线设计。

根据理论分析,本文设计了一种新型的宽带宽波束圆极化天线。

该天线采用高介电常数材料制成,通过优化辐射单元和反射单元的形状和尺寸,实现了天线的小型化。

同时,该天线在宽频带范围内具有稳定的圆极化性能,能够有效提高无线通信系统的性能和可靠性。

实验结果表明,本文所设计的新型宽带宽波束圆极化天线在宽频带范围内具有良好的辐射性能和圆极化性能。

与传统的天线相比,该天线的尺寸减小了30%以上,同时重量也得到了有效控制。

该天线的波束形成性能也得到了验证,能够在不同方向上实现稳定的信号接收和传输。

本文对宽带宽波束圆极化天线的小型化理论与设计进行了深入研究,提出了一种新型的小型化宽带宽波束圆极化天线设计。

实验结果表明该天线具有优良的性能和可靠性,有望在卫星通信、无线局域网、雷达等领域得到广泛应用。

未来研究方向包括进一步优化天线的性能和可靠性、降低天线的成本、探索新的应用领域等。

随着通信技术的不断发展,对天线性能的要求也将不断提高,因此需要不断进行技术创新和研究开发,以满足不断变化的市场需求。

具有螺旋主照射器的分米波宽带抛物面天线是一种将螺旋结构与抛物面天线结合为一体的特殊设计。

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