加载螺旋天线的优化设计
螺旋天线的仿真设计
螺旋天线的仿真设计螺旋天线是一种常见的天线形式，其结构为螺旋状，使得天线的增益和方向性较强。
在无线通信中，螺旋天线具有较广泛的应用。
本文将介绍螺旋天线的仿真设计过程，包括建模、设计、优化和仿真。
建模螺旋天线的建模是仿真设计的第一步，通过建立天线的几何模型，可以为后续的设计和仿真提供基础。
在建模过程中，需要考虑天线的参数，包括螺旋元件的长度、宽度、距离、导线的半径等。
通常情况下，建模可以采用CAD软件，如SolidWorks、CATIA等，以三维模型的形式呈现螺旋天线的结构和形状。
设计在建模基础上，需要对螺旋天线进行设计。
设计包括确定天线的工作频率、设计天线的转向、设计天线的匹配电路等。
在设计过程中，需要考虑到天线的增益和方向性，以及天线的信号传输性能。
工作频率螺旋天线的工作频率是设计的关键因素之一。
通常情况下，天线的工作频率与其物理尺寸以及匹配电路有关。
在确定螺旋元件的长度、宽度、距离和导线半径后，可以采用电磁仿真软件进行仿真，从而确定天线的工作频率。
转向设计螺旋天线的转向设计是另一个关键因素。
根据转向的方向和角度，可以调整天线的增益和方向性。
在设计过程中，需要考虑到天线的应用场景，以确定最优的转向设计。
匹配电路设计匹配电路是螺旋天线的关键组成部分之一。
通过匹配电路的设计，可以提高天线的功率传输效率，并降低反射损耗。
在设计匹配电路时，需要考虑天线的输入阻抗和负载阻抗之间的匹配，以保证天线能够有效工作。
优化螺旋天线的设计和优化是一个迭代过程，通过反复的仿真分析和优化设计，可以使螺旋天线达到最优的性能。
在优化过程中，需要考虑到天线的特性，如阻抗、增益、方向性等，以及其在实际环境下的表现。
仿真螺旋天线的仿真是验证天线性能和效果的重要步骤。
在仿真过程中，可以得到螺旋天线的各项性能指标，如增益、方向性、回波损耗等。
通过仿真分析，可以调整和优化天线的参数，从而使其达到最佳的性能。
本文介绍了螺旋天线的仿真设计过程，包括建模、设计、优化和仿真。
一种宽带螺旋天线的设计
一种宽带螺旋天线的设计朱珊虹;董卫鹏;张琳江【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2015(38)4【摘要】A spiral antenna with bandwidth is introduced. An external feeding is applied to an elevated coplanar waveguide winding spiral antenna. The whole structure is completely planar and can be easily realized by printed cir-cuit technology. Simulated and experimented results show that the antenna has characteristics of good circular polari-zation and wide bandwidth. Its measured reflecting loss is less than -10 dB in the range 2.5 GHz to 9 GHz.%提出了一种宽带螺旋平面天线的设计。
采用共平面波导的方式绕成天线，该方法使得天线和馈电网络在同一平面上，可以利用印刷电路板技术制作。
通过软件仿真和实际测试显示：该天线具有良好的圆极化和宽频带特性，在频段2.5 GHz~9 GHz上实测反射损耗小于-10 dB。
该天线制作简单、平面化面积小、具有很高的应用价值。
【总页数】4页(P742-745)【作者】朱珊虹;董卫鹏;张琳江【作者单位】新乡学院计算机与信息工程学院，河南新乡453000;新乡学院计算机与信息工程学院，河南新乡453000;新乡学院计算机与信息工程学院，河南新乡453000【正文语种】中文【中图分类】TN823.31【相关文献】1.一种小型化超宽带平面螺旋天线的设计 [J], 张熙瑜2.一种新型末端加载的宽带平面螺旋天线设计 [J], 李卉;张辉;余志勇3.一种侧馈式超宽带平面螺旋天线设计 [J], 周智杰; 李培; 左乐4.一种小型化宽带背腔螺旋天线的设计与实现 [J], 任丽红;何昌见5.一种超宽带平面螺旋天线的设计 [J], 崔景波;徐风清因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于高阻抗表面的螺旋天线设计
基于高阻抗表面的螺旋天线设计作者：韩曹政唐晋生李睿来源：《现代电子技术》2014年第05期摘要：利用高阻抗表面的同相反射特性，将其加载到阿基米德螺旋天线背腔的边缘区域，从而改善了天线增益，实现低剖面设计。
仿真结果显示，与传统背腔式螺旋天线相比，增益稳定性显著提高。
在3～12 GHz的工作频段内，驻波比小于2，阻抗匹配良好，辐射方向图保持稳定。
在约7.8 GHz的频带宽度内轴比小于3 dB，实现了较好的圆极化性能。
关键词：高阻抗表面；阿基米德螺旋天线；宽带；低剖面；圆极化中图分类号： TN823+.31⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2014）05⁃0077⁃030 引言随着通信技术的发展和宽带无线电设备的出现，超宽带天线技术在遥测、宇航和卫星通信等领域得到了广泛的应用。
平面螺旋天线，由于其结构满足非频变原理，因而它们在宽频带范围内具有良好的阻抗特性，增益特性以及圆极化等特点。
而且平面螺旋天线为双向辐射，为了实现单向辐射，通常在螺旋天线的一侧加装深度约为[λ4]的反射背腔，但这种方法会破坏原天线良好的圆极化性能，改变非频变特性，增大天线轮廓。
如果在反射腔内填充适当的吸波材料使其单向辐射，这样会导致天线辐射效率的降低。
高阻抗表面（High Impedance Surface，HIS）由于在特定频率范围具有零相位反射的特点，因而可以将其代替传统的导体反射板来设计低剖面天线[1⁃4]。
但由于高阻抗表面相对窄的同相反射带宽，限制了其在宽带系统中的应用。
为改善增益、降低剖面，本文在螺旋天线背腔的边缘区域加载了高阻抗表面（HIS），仿真结果表明，天线在3～12 GHz的工作带宽内驻波比小于2，增益稳定性明显提升，主辐射方向轴比小于3 dB的频带宽度达到7.8 GHz。
1 传统背腔式螺旋天线设计2 加载高阻抗表面的螺旋天线设计2.1 高阻抗表面简介高阻抗表面可分为有金属过孔的蘑菇型和无过孔的共面高阻抗表面。
正弦函数加载阿基米德螺旋天线的设计
2 阿基米德螺旋辐射器
的下限决定，因此螺旋辐射器的小型化针对螺旋辐射 器 的 低 频 段 部 分 ，而 螺 旋 辐 射 器 的 初 始 部 分 应 采 用 传 统阿基米德螺旋辐射器结构0
Abstract ：The Archimedean spiral antenna, as a kind of ultra wideband antenna, is widely used in
the communication and navigation and other fields. The miniaturization design of the conventional Archimedes spiral antenna is performed with sine function. The simulation results show that although the antenna aperture area is decreased by 30% , the antenna still has good VSWR and gain charac teristics.
技术;承浩宇（1980-)，男 ，高级工程师研究方向:天线技术。
— 27 —
雷达与对抗
2017年 第 2 期
入阻抗和上限工作频率有很大的影响，|般 应 取 内 径
2r。< Amin/ 4 ， AmiM是 螺 旋 天 线 上 限 工 作 频 率 对 应 的
波长。 螺旋增长率也是影响阿基米德螺旋天线的关键参
复合加载平面螺旋天线的设计
ｚ 、 ： ： ： ： ：一
示， 在全频段实现 了较好 的定 向辐射特性。
图６
天 线方 向 图 测试 结 果
・
５ ８・
一 一 鬯
６ ５ ｛ ３
通
薄
２ ， ０
信
对 抗
２ １ 年第 １ ００ 期
轴 向轴 比测 试 结果 图 ７所 示 。低 端 轴 比略差 ，
摘
要： 介绍 了一种复合加 栽的背腔式平 面螺旋天线。通过宽带天线加载减 小传输段 长度 ， 锯齿加
载增加螺旋 曲线辐射段 有效长度 ， 降低腔体高度等方法 ， 对背腔式平面螺旋天线各参数 进行综合优化
设计 ， 实现 了一种小型化、 宽频 带、 复合加载平面螺旋 天线。 测量结果显示天线在 带宽为 ｓ １ ： 频率范围内
（） ｂ 等角螺旋加载
开 口式切 比雪夫 同轴线渐变线进行馈电。 螺旋 曲线起始
段采用蝶形加载方式 ， 最外五圈采用锯齿加载方式。天
图 １ 传 输段 螺 旋 曲 线加 载 方 式
总第 １９ ０ 期
胡冠 平 ， ： 等 复合 加载 平 面螺旋 天线 的设 计
・ ７・ ５
线的直径为 ２ｃ 高度约 ６ｍ， ５ｍ， ｃ 尺寸分别比传统的背腔平 面螺旋天线至少减少了 １％和 ２％， ７ ５ 达到小型化的目的。
ｂｎ ｄｌａ ｉｇｐ ａ ｒｓ ｉａ ｔｎ ａ Ｔｅｔ ｅｕｔ ｈ ｗｓｔ ａ ｎ ｅ ｎ ｒｓｎ ｏ ｄ ｒｄａｉｎ ｃ ａａ ｔｒ ｉｅ ｄｎ ｌｎａ ｒ ａ ｅ ｎ ． ｓ ｓ ｌｓ ｏ ｈ ｔ ｔｎ ａｐ ｅｅ ｔｇ ｏ ａ ｔ ｈ ｒｃｅ． ｏ ｐ ｌｎ ｒ ａ ｉ ｏ Ｋ ｅ ｗｏ ｄ ：ｃｖ ｔ—ｂ ｃ ｅ ｌｎ ｒ ｔｎ ａ ｃ ｍ ｂｎ ｄ ｌａ ｎ ； ｏ ｐ ｃ ｙ ｒ ｓ ａ ｉ — ａ ｋ ｄｐａ ａ ｓ ａ ａ ｅ ｙ ｒ ｐｉ ｎ ｌ ；ｏ ｉｅ ｄ ｇ ｃ ｍ ａ ｔ ｏｉ
螺旋天线几何尺寸的优化设计概要
2003年9月第20卷第3期沈阳航空工业学院学报Journal of Shenyang Institute of Aeronautical Engineering Sep. 2003V ol. 20N o. 3文章编号:10071385(2003 03005802螺旋天线几何尺寸的优化设计高建平(沈阳航空工业学院电子工程系, 辽宁沈阳110034摘要:本文首先导出了螺旋天线输入阻抗的计算公式。
然后, 在使天线输入阻抗满足技术要求的条件下, 对螺旋天线的几何尺寸进行了优化设计。
关键词:螺旋天线; 输入阻抗; 几何尺寸; 优化设计中图分类号:TN82文献标识码:A0引言螺旋天线的几何参数为:2R 0=D ———螺旋直径;h ———螺距;νZ in =R in +jX in =j 30i 0(0 00Π其中:j =sin-1; i o (0 =sin K L =(πD 2+h 2;2λhL ′L ′2l ———螺旋天线的轴向长度;n ———螺旋圈数;00=v {v f v +G (u 〔f (u+(L ′-u {G (v 〔f (v +1〕+△——( C ——; 2L ———绕制螺旋天线作用导线的实际长度; a ———绕制螺旋天线所用导线的横截面半径。
螺旋天线几何参数之间的关系为:2πD 2+h 2C =(△=arc tan (πDG (u 〔f (u -1〕}〕d s d s ′; u =s +s ′; v =s -s ′; L ′=K L =λh(πD 2+h 2;2222G (x =; r (x =〔4c 1sin ( +4c 2( +r (x 2c 2c b 〕; f (x =21Π2-jr (xcc 1cos (222l =nh 2L =ncπR π +c 2〕; c =21λ=λ; c22λ; c =c 2=h Ππa Πλ;2l =b =2或h =10m Πs ;8c 1+c 2=本文所设计的法向模螺旋天线与直杆天线相比, 在辐射电阻相同的条件下, 其轴向尺寸可缩短0. 79倍, 即2l ≥0. 79l 0(l 0为直杆天线的轴向尺寸 , 把该天线用于作战坦克的通信系统中, 可以提高安全性能和机动性能。
螺旋天线设计
天线――螺旋天线物理尺寸对天线效率的影响一、天线概览绝大多数天线具有可逆性：即天线用作接收天线时的特性与其处于发射状态时的特性时相同的。
辐射方向图：表示给定距离下天线的辐射随角度的变化，辐射的强弱由离天线给定距离r处的功率密度S来评价。
接收模式下，天线对于某方向来波的响应正比于辐射方向图上该方向的值。
方向系数：表示最大辐射强度于全空间均匀辐射时的平均辐射强度之比。
极化：描述了天线辐射时电场矢量的特征，瞬时电场矢量随时间的轨迹图决定波动的极化特性。
天线的输入阻抗：是天线终端电压与电流之比，通常的目的是使天线的输入阻抗与传输线的特征阻抗相匹配。
§天线分类依据频率特性的不同，可以把天线分成四种基本类型。
◎电小天线：天线的尺寸比一个波长小很多。
特征：很弱的方向性，低输入电阻，高输入电抗，低辐射效率。
适合于VHF或更低的波段。
如短振子，小环。
◎谐振天线：在谐振频率点或某个窄频带内工作令人满意。
特征:低或中等增益，实输入阻抗，带宽狭窄。
主要用于HF到低于1GHz的频段。
如半波振子，微带贴片，八木天线。
◎宽带天线：在一个很宽的频率范围内，方向图、增益和阻抗几乎是常数，并且能够用有效辐射区的概念表述其特征，该区域在天线上的位置随频率的变化而变化。
特征：低到中等增益，增益恒定，实输入阻抗，工作频带宽。
主要用于VHF直至数个GHz的频段。
如螺线天线，对数周期天线。
◎口径天线：由一个供电磁波通过的开放的物理口径。
特征：高增益，增益随频率增大，带宽中等。
用于UHF和更高的频段。
如喇叭天线，反射面天线。
§天线的电气特性（1）方向特性――方向图（BW0.5，FSLL）、方向系数D、增益G。
（2）阻抗特性――输入阻抗Zin、效率2640rhRA，（辐射阻抗Z）（3）带宽特性――带宽、上限频率f1，下限频率f2。
（4）极化特性――极化、极化隔离度。
天线增益G ：等于辐射功率与输入功率之比。
AG D阻抗特性：电小天线和谐振天线之所以是窄频带天线，很大程度上受制于恶劣的阻抗特性。
一种星载平面螺旋天线的小型化设计方法
一种星载平面螺旋天线的小型化设计方法
何志国;徐风清;崔景波
【期刊名称】《航天器工程》
【年(卷),期】2012(021)001
【摘要】探讨了某星载背腔式平面螺旋天线的小型化设计方法。
通过螺旋线传输段进行蝶形加载;辐射段和截止段进行曲线锯齿加载;改善了螺旋天线的低频和高频特性,克服了传统阿基米德螺旋天线臂长、传输损耗大、效率低的缺点,增加了螺旋曲线的有效长度;通过合理设计天线的反射腔高度,提高了天线的增益。
对背腔式平面螺旋天线各参数进行了综合优化设计,研制出了具有小型化、宽频带、高增益等特点的复合加载平面螺旋天线实物样机,并进行了测量,结果表明,所设计的天线在带宽为5∶1工作频带内具有良好的阻抗和圆极化辐射特性,与传统螺旋天线相比,天线的几何尺寸要远小于同频带的平面螺旋天线。
【总页数】4页(P68-71)
【作者】何志国;徐风清;崔景波
【作者单位】中国电子科技集团公司第三十六研究所,浙江嘉兴314033;中国电子科技集团公司第三十六研究所,浙江嘉兴314033;中国电子科技集团公司第三十六研究所,浙江嘉兴314033
【正文语种】中文
【中图分类】V443.4
【相关文献】
1.一种小型化超宽带平面螺旋天线的设计 [J], 张熙瑜
2.小型化平面螺旋天线及其宽频带巴伦的设计 [J], 朱玉晓;钟顺时;许赛卿;张丽娜
3.一种小型化平面螺旋天线的仿真设计 [J], 臧永东;金谋平;詹珍贤
4.局部放电检测用小型化宽带平面螺旋天线研究 [J], 刘成;赵玉顺;罗义华;罗正帮;周力骏
5.一种小型化宽带背腔螺旋天线的设计与实现 [J], 任丽红;何昌见
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加载电磁带隙结构的平切圆锥等角螺旋天线
Ｂ Ｇ 结构等效 犔 犆 电路谐振频率犳０ 和带隙宽度 犅ｗ 为 高阻抗表面 Ｅ
犳 ０ ＝
１ ２ 犔 犆 π槡
（ ） ５
１ 犳 犅ｗ ＝ Δ ＝ 犳０ η
犆 槡
犔
（ ） ６
Ｆ ｉ ． ４ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｄ ｉ ａ ｒ ａ ｍｏ ｆＥ Ａ Ｓ ｇ ｇ 图 ４ Ｅ Ａ Ｓ 天线仿真示意图
Hale Waihona Puke ， ，Ｖ Ｆ ｉ ． ５ Ｇ ａ ｉ ｎ ａ ｘ ｉ ａ ｌ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ＳＷＲｃ ｏ ｍ ａ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎｏ ｆＥ Ｂ Ｇｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅｂ ｅ ｆ ｏ ｒ ｅａ ｎ ｄａ ｆ ｔ ｅ ｒａ ｎ ｔ ｅ ｎ ｎ ａ ｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ｐ ｇ 图 ５ 加载电磁带隙结构前后天线增益 、 轴比 、 驻波比比较图
［ ］ １ ２ 。 在现代电子系统中 ， 由于一些特殊情 况限 制 等角螺旋天线作为一种超宽带天线被广泛用于无线通信 为此 ， 国内外研究人员对等角螺旋天线进 行了 深 入研究 ， 以寻 求一 种共 形 化 且 高 性 能 的 技 术 实 天线安装空间 ， ３］ 现方式 。 平切圆锥等角螺旋锥体天线即为其中的典型代表 ， 广泛应用于机载 、 车载等特殊平台 ［ 。 平切圆锥 等
第１ １期
刘宁川等 ： 加载电磁带隙结构的平切圆锥等角螺旋天线
３ １ ０ ５
２ 犈 犃 犛 犈 犅 犌 天线和 犈 犃 犛 天线的比较
如图 ４ 所示 。 通过 Ａ Ｅ Ａ Ｓ 天线 ） ｎ ｓ ｏ ｆ ｔＨ Ｆ Ｓ Ｓ 仿真软件仿真 ， Ｅ Ａ Ｓ Ｅ Ｂ Ｇ天 原平切圆锥等角螺旋锥体天线 （ 线和 Ｅ 轴比 、 驻波比 （ 比较图分别如图 ５ 所示 。 Ａ Ｓ 天线的增益 、 Ｖ ＳＷＲ）
加载螺旋天线的优化设计
(6)
i =1
i பைடு நூலகம்1
i =1
式中 u ( x , y) = x - y 2 , 0,
x x
>
≤
y y
,
Nf
是频带内采样点的个数
,
R
(
fi)
是每个频点上的电压驻波比 , R0
是电压驻波比的设计目标. Gs ( f i ,θ0) 是天线在每个频点上俯仰角为θ0 时的系统增益 , Gs0 为天线的系统增益
由于优化的结果要同时满足电压驻波比和系统增益的指标 ,因此要设计合适的目标函数来同时兼顾这
两个方面. 笔者选用由 3 部分组成的目标函数 ,即
Nf
Nf
Nf - 1
∑ ∑ ∑ F = -
u ( R ( f i) , R0) -
u ( Gs0 , Gs ( f i , θ0) ) -
Ga ( f i +1 , θ0) - Ga ( f i , θ0) 2 ,
Optimal design of loaded helical antennas
JI Yi2cai , HE Xiu2lian , LIU Qi2zhong , TIAN B u2ning
(Research Inst. of Antennas and EM Scattering , Xidian Univ. , Xi′an 710071 , China)
I = ( Z 0 + Z L ) - 1 V = Y 0 V - Y 0 U ( ^I + W T Y 0 U) - 1 W T Y 0 V ,
(4)
式中 ^I 为 NL ×NL 阶单位矩阵 , Y 0 为 Z 0 的逆矩阵 ,即未加载天线的导纳矩阵.
螺旋天线的设计及制作
螺旋天线的设计及制作
尺寸说明:
一、盒体部分
盒体部分提供了螺旋线天线的后向辐射电磁波的反射作用，可进一步提高天线的性能。
盒体为空心长方体，其中，底X宽=0.375BA╳0.375BA,盒体高=底或高。
B=PI 开平方，A=波长
二、螺旋天线部分
天线的绕制：由于要实现左旋圆极化，其绕制的方法也是以左手合拳形式，进行绕制即可。
螺旋线的直径=A/π，节距（线圈之间距离）=0.225A,线圈的周长等于波长。
三、天线的性能
当螺旋线绕制18圈时，其增益在17dBi，半功率角在27°左右，当圈数增加时增益增加，半功率角减小。
机械性能也很坚固。
四、加工时的选材及注意事项
盒体部分可以用镀锌板等金属体焊制即可，铜为首选，厚度在0.75---1mm之间。
螺旋线用0.75---1mm的铜丝时行绕制。
与接头连接部分预留一小段，在组装时与接头进行焊接。
注意的是螺旋线与
金属盒一定不能有接触。
并且，螺旋的中轴线与底板的中心点重合。
在绕制螺旋线时，由于膨胀因素，尺寸可能达不到要求。
在进行实验时，可以把螺旋线的圈数作的多一些，到时可以剪掉一些的，天线的性能不会有太大的改变。
一种小型化超宽带平面螺旋天线的设计
2018年第7期 信息通信2018(总第 187 期）IN FO RM ATIO N & CO M M U N ICATIO N S(Sum . No 187)一种小型化超宽带平面螺旋天线的设计张熙瑜(中国电子科技集团公司第29研究所，四川成都610000)摘要:文章设计并制作了 一种小型化超宽带平面螺旋天线。
该天线采用多层渐变吸收加栽技术消除胺体影响，以获得良好的驻波、方向图特性。
利用曲折线、吸收环加栽技术实现了天线的小型化。
相比传统天线，该天线尺寸缩小到常规又寸的57%。
为提高生产加工一致性、降低成本，馈电部分采用微带双线结构实现平衡转换。
测试结果显示，该天线在22.5 倍频程的工作频带内驻波小于2.5,面极化辐射特性良好，可广泛应用于各种测向系统。
关键词：小型化;超宽带；圆极化;平面螺旋天线中图分类号:TN 823.31 文献标识码:A 文章编号:1673-1131( 2018 )07-0107-020引言平面螺旋天线由于其结构的自相似性，具有良好的宽带 圆极化辐射特性，因而引起了高度重视并在各种测向系统中 得到了广泛应用。
平面螓旋天线的辐射是双向的，但在实际应用中，由于载 体平台限制，往往要求天线具有单向辐射特性•通常的做法 有两种,一种是在螺旋天线一侧增加吸收腔，以保持天线的宽 频带特性，另一种是采用反射腔，虽然提高了天线增益，但是 天线的带宽、体积均受到了限制。
本文对平面螺旋天线的吸收腔体进行了优化设计，采用 多层渐变吸收加载技术消除腔体影响，使天线在超宽频带内 获得了良好的驻波、方向图特性。
螺旋面采用sin 函数加载的 曲折线设计,有效减小了天线口径。
为吸收螺旋线终端反射， 改善低频段圆极化特性，在蜾旋面上还采用了吸收环加载。
馈 电部分采用微带双线结构实现平衡转换，既提高了加工一致 性又降低了生产成本。
⑥ 路径分析。
路径分析主要是找寻访问路径的分析方法， 通过对访问记录中高频出现的访问站点进行相应研究，从而 找到访问频繁的路径，并且对访问路径进行研究，最后可以找 出在路径中存在的问题。
一种适用于无线传感器网络的短加载螺旋天线设计
中 图 分 类 号 ：Ｔ ２ ：Ｔ ３ Ｎ８ ３ Ｍ９ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｄｅ ｉｎ ｏ ｔ ｂ ｌ ａ ｅ ｅｉ ｎ ｅ ｎ ｏ ｒ ｌ ｓ ｅ ｓ ｒ ｎ ｔ ｒ ｓ ｓｇ ｆ ａ ｓｕ ｏ ｄ ｄ ｈ ｌ ａ ｔ ｎ ａ ｆ ｒ ｗｉｅ ｅ ｓ ｓ ｎ ｏ ｅｗｏ ｋ ｘ
ｔ ａ ｔ ｅ ｎ ｅ ｎ ｃ ｎ ｎｃ ｅ ｓ ｔ ｅ ｏ ｈ ｔ ｈ ａ ｔ ｎ ａ ａ ｉ ｒ ａ ｅ ｈ ｃ ｍｍ ｕ ｃ ｔｏ ｄｉｔ ｎ ｅ ｎ ｅ ｈａ ｃ ｔ ｅ ｃ ｖ ｒｇ ａ ｌｔ ａ ｄ ｅ ｉｂｉ ｔ ｗｉｈ ｔ ｎ ｒ ａ ｉ ｔ ｅ ｎｉａｉ ｎ ｓａ ｃ ａ ｄ ｎ ｎ ｅ ｈ ｏ ｅａ ｅ ｂｉ ｙ ｎ ｒ ｌａ ｌ ｙ ｉ ｉ ｔｏｕ ｉ ｃ ｅ ｓｎｇ ｈ
ｓ ｎ ｏ ｏ ｅ ａ ｔｎ ａ ｇ ｉ ｎ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｅ ｃ ｂ ｌ ｙ Ｔ ｅ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ｏ ｈ ｎ ｅ ｎ ａｌ ｂ ｅ ｃ ｌ ｎ ｙ ｎ ｍｅ ｉａ ｉ ｌｔ ｇ ａ ｄ ｅ ｓ ｒ ｎ ｄ ｎ ｅ ｎ ａｎ ａ ｄ ａ ｔ－ｉ ｔｒ ｒ ｎ ｅ ａ ｉ ｔ ． ｈ ｅ ｏ ｍａ ｃ ｆ ｔｅ ａ ｔ ｎ ａ Ｃ ｌ ｅ ｘ ｅ ｌ ｔｂ ｕ ｒ ｌ ｓｍｕ ａ ｉ ｎ ｆ ｉ ｆ ｅ ｃ ｎ ｄ ｓｇ ｉ ｇ ｕ ｉ ｇ ｆｎｔ ｌｍｅ ｔｍｅｈ ｄ ｈ ｎ ｅ ｎ ｐ ｒ ｔ ｓ ａ ． ５ ＧＨｚ ｗｉ ｅｕ ｎ ｌ ｓ ｆ一２ Ｂ ａ ｄ ａ ｂ ｎ ｗｉｔ ｆ １ ０ ＭＨｚ． ｅ ｉ ｎ ｎ ｓｎ ｉ ｉ ｅｅ ｎ ｔ ｏ ．Ｔ ｅ ａ ｔｎ ａ ｏ ｅ ａ ｅ ｔ ２ ４ ｅ ｔ ａ ｒｔｒ ｏｓ ｏ ｈ ５ ｄ ｎ ａ ｄ ｄｈ ｏ ６ ｗｈ ｃ ａ ａ ｈ ｅ ｅ ｔ ｅ ｉｈ ｃ ｎ ｃ ｉｖ ｈ ｍａ ｉ ｍ ａ ｎ ｏ １ ． ７ ｄ ｎ ｅ ｈ ｅ ｄ ｆ ｇ ｎ ｒ ｌ ｎ ｄ ｒ ａ ｔ ｎ ａ ｘｍｕ ｇ ｉ ｆ ４１ Ｂ ａ ｄ ｍｅ ｔ ｔ ｅ ｎ ｅ ｓ ｏ ｅ ｅ ａ ｏ ｅ ｆ ｎ ｅ ｎ ．Ｔ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔｒ ｓ ｌ ｈ ｗ １ ｏ ｈ ａ ｕ ｅ ｎ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｓ
加载法向螺旋天线的优化设计
加载法向螺旋天线的优化设计
陈雷;黄晓峰;龙永红
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2010(010)007
【摘要】采用螺旋式结构以及加载的方法可以使天线小型化和宽带化.研究遗传算法和有限元法相结合的方法来快速优化设计宽带小型化加载法向模螺旋天线.采用基于变分原理和剖分插值为基础的有限元法来快速精确分析法向模螺旋天线,然后结合遗传算法对加载法向模螺旋天线上的加载集总元件的值、加载位置以及匹配网络参数进行一体化优化设计,并采用Shenman-Morrisorr woodbury公式来快速求解加载元件值和加载位置改变后的阻抗矩阵方程,提高优化设计的效率.
【总页数】5页(P1633-1636,1642)
【作者】陈雷;黄晓峰;龙永红
【作者单位】湖南工业大学电气与信息工程学院,株洲,412008;湖南工业大学电气与信息工程学院,株洲,412008;湖南工业大学电气与信息工程学院,株洲,412008【正文语种】中文
【中图分类】TN820.30
【相关文献】
1.加载螺旋天线的优化设计 [J], 纪奕才;贺秀莲;刘其中;田步宁
2.混合遗传算法优化设计宽带加载螺旋天线 [J], 纪奕才;刘其中;尹应增;葛德彪
3.加载法向模螺旋天线的研究 [J], 纪奕才;郭景丽;刘其中
4.法向模螺旋天线近场耦合的研究 [J], 崔超;廖斌
5.一种新型圆极化法向模反转螺旋天线 [J], 胡振欣;龙泳丞;李淞;毛伟
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一种适用于无线传感器网络的短加载螺旋天线设计
一种适用于无线传感器网络的短加载螺旋天线设计
李伟;闫述
【期刊名称】《电子技术应用》
【年(卷),期】2010(036)004
【摘要】研究一种适用于无线传感器网络的短加载螺旋天线(SLH),有效提高了传感器节点天线的增益和抗干扰能力.通过有限元法进行数值仿真和设计,天线可达到较好的效果.天线工作在2.45 GHz中心频率,回波损耗为-32.86 dB,带宽为160 MHz,最大增益为11.417 dB,满足一般节点对天线的要求.测试结果显示,在不增加发射功率的情况下,短加载螺旋天线增加了通信距离,提高了无线传感器网络的覆盖能力和可靠性.
【总页数】4页(P103-105,110)
【作者】李伟;闫述
【作者单位】江苏大学计算机科学与通信工程学院,江苏,镇江,212013;江苏大学计算机科学与通信工程学院,江苏,镇江,212013
【正文语种】中文
【中图分类】TN823;TM93
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1 加载法向模螺旋天线的优化设计
加载法向模螺旋单极天线的几何结构如图 1 所示. 图中 b 是螺旋半径 , p 是螺距 , h 是天线高度 ,ψ是螺 距角 , a 是螺旋线半径 , S0 是一圈螺旋线的长度 ,螺旋线圈数为 N , 这些参数之间的关系可由图 1 ω得出. 图 1 所示的螺旋天线是由 N 圈螺旋线与一小段长为 hw 的直线段相连接组成 ,直线段与特性阻抗为50Ω的同轴线 馈源内芯相连接 ,同轴馈线外皮接地面. 天线上的小方框为加载的集总元件 , hLi 是第 i 个加载的位置. 螺旋天 线上每一点的坐标 、单位切向矢量和螺旋线的长度 ,都可由关于参数 z 的方程给出 , 这样螺旋线上的电流就 可表示为与参数 z 有关的函数.
的 ,考虑到在粗略求得式 (1) 的解中所需的矩阵求逆有 O ( M3) 的复杂性 ,应用式 (5) ,使得计算中只需在所有
的采样频点上对未加载天线的阻抗矩阵填充及求逆一次 ,然后存储所有未加载天线的导纳矩阵和电流矩阵 ,
利用这些导纳矩阵和电流矩阵就可以快速求解出任意加载天线的电特性 ,大大地减少了对不同加载结构求
Morrison2Woodbury 公式来设计天线.
式 (1) 中的矩阵 Z L 可表示为
Z L = U W T ,
(2)
式中 U 和 W 都是 M ×NL 阶矩阵 ,其元素分别定义为
umk
=
ZLkδm ,
L
nk
k
.
(3)
这样 ,利用式 (2) 的分解 ,可由 Sherman2Morrison2Woodbury 公式求解式 (1) 为
I = ( Z 0 + Z L ) - 1 V = Y 0 V - Y 0 U ( ^I + W T Y 0 U) - 1 W T Y 0 V ,
(4)
式中 ^I 为 NL ×NL 阶单位矩阵 , Y 0 为 Z 0 的逆矩阵 ,即未加载天线的导纳矩阵.
取 I 0 = Y 0 V ; A = ^I + W T Y 0 U , A 为 NL ×NL 阶矩阵 ,经过以上处理式 (4) 简化为
解方程 (1) 的计算量. 一旦知道了天线上的电流 ,可很容易地计算出构成目标函数所必须的天线的增益 ,以及
天线的其他特性.
利用以上快速计算加载法向模螺旋天线的方法就可以快速优化设计任意加载和匹配网络的法向模螺旋
天线了. 笔者采用近年来广泛使用的智能全局优化算法 ———遗传算法来优化设计加载法向模螺旋天线.
现代保密通信中的跳扩频技术的应用以及移动通信的快速发展 ,对全向宽带化小型化的短波及超短波 天线的需求越来越多[1] . 法向模螺旋天线电尺寸小 ,重量轻 ,且与单极子天线的电特性相近 ,在移动通信中得 到广泛的应用 ,其缺点是辐射效率低 ,而且带宽比单极子天线还要窄[2] . 常用的展宽天线工作带宽的方法是 在天线合适的位置上插入阻抗元件[1]并在天线输入端加上宽带匹配网络[3] . 近年来 ,一些学者借助于全局最 优化算法 ———遗传算法[4 ,5] 来优化设计加入集总负载和宽带匹配网络的单极天线 ,设计了许多超宽带天 线[6～8] ,为天线宽带化技术开辟了一片新的天地. 如果通过加入集总负载和宽带匹配网络 ,经过优化设计 ,也 能使法向螺旋天线实现宽带化 ,就可以满足现代移动通信对宽带化小型化天线的需求.
收稿日期 :2001212223 基金项目 :国家部委预研项目资助 (41001020204 ;40106030502) 作者简介 :纪奕才 (19742) ,男 ,西安电子科技大学博士研究生.
722 西安电子科技大学学报 (自然科学版) 第 29 卷
Optimal design of loaded helical antennas
JI Yi2cai , HE Xiu2lian , LIU Qi2zhong , TIAN B u2ning
(Research Inst. of Antennas and EM Scattering , Xidian Univ. , Xi′an 710071 , China)
图 1 加载法向模螺旋天线及匹配网络结构示意图
螺旋天线上的电流可采用曲线段划分的矩量法[9 ,10]求解电场积分方程 ( EFIE) 而求出. 当在天线适当的
位置上插入集总加载元件时 ,由矩量法很容易推出加载后的矩阵方程为
Z I = ( Z 0 + Z L ) I = V ,
(1)
式中 Z 为加载后总矩阵 , Z 0 为未加载时法向模螺旋天线的阻抗矩阵 , I 为加载后天线上的电流矩阵 , V 为激
励矩阵 , Z L 为对角阵 ,其元素 ZLmn
=
ZLkδm ,
δ L
nk n ,
L
nk
,
nLk
为第
k
个加载阻抗的位置
,
ZLk
为该位置上总的加载值
,
k = 1 ,2 , …, NL , NL 为加载的个数.
在优化设计中 ,需要在感兴趣的频带内取足够多的采样频点 ,然后用优化算法在这些频点上一一操作直
(6)
i =1
i =1
i =1
式中 u ( x , y) = x - y 2 , 0,
x x
>
≤
y y
,
Nf
是频带内采样点的个数
,
R
(
fi)
是每个频点上的电压驻波比 , R0
是电压驻波比的设计目标. Gs ( f i ,θ0) 是天线在每个频点上俯仰角为θ0 时的系统增益 , Gs0 为天线的系统增益
2002 年 12 月 第 29 卷 第 6 期
西安电子科技大学学报 (自然科学版) J OU RNAL O F XID IAN UN IV ERS I TY
Dec. 2002 Vol . 29 No. 6
加载螺旋天线的优化设计
纪奕才, 贺秀莲, 刘其中, 田步宁
(西安电子科技大学 天线与电磁散射研究所 ,陕西 西安 710071)
Abstract : The helical structure and loading can be used to reduce the height and increase the bandwidth of antennas. This paper investigates an efficient design procedure integrating the genetic algorithm ( GA) with the method of moments (MoM) for the fast optimal design of broadband miniature loaded normal mode helical antennas. The moment method with curved basis and testing functions is used to analyze normal mode helical antennas. Then the genetic algorithm ( GA) is applied to the synthesis of NMHA loaded with lumped components. The loading circuit parameters , locations of the loads along the antenna , and matching network parameters are optimized simultaneously. The Sherman2Morrison2Woodbury formula is applied in the design procedure for the fast calculation of the impedance matrix equation when the loading configurations are changed , greatly raising the optimization efficiency. Finally , a broadband miniature loaded normal mode helical antenna is designed successfully. Key Words : normal mode helical antenna ;method of moment ;genetic algorithm
摘要 : 采用螺旋式结构以及加载的方法可以使天线小型化和宽带化. 研究了遗传算法和矩量法相结合 的方法来快速优化设计宽带小型化加载法向模螺旋天线. 采用基于曲线基函数和检验函数的矩量法来 快速精确分析法向模螺旋天线 ,然后结合遗传算法对加载法向模螺旋天线上的加载集总元件的值 、加载 位置以及匹配网络参数进行一体化优化设计 ,并采用 Sherman2Morrison2Woodbury 公式来快速求解加载元 件值和加载位置改变后的阻抗矩阵方程 ,提高了优化设计的效率. 关键词 : 法向模螺旋天线 ;矩量法 ;遗传算法 中图分类号 :TN823 + . 31 文献标识码 :A 文章编号 :100122400 (2002) 0620721204
由于优化的结果要同时满足电压驻波比和系统增益的指标 ,因此要设计合适的目标函数来同时兼顾这
两个方面. 笔者选用由 3 部分组成的目标函数 ,即
Nf
Nf
Nf - 1
∑ ∑ ∑ F = -
u ( R ( f i) , R0) -
u ( Gs0 , Gs ( f i , θ0) ) -
Ga ( f i +1 , θ0) - Ga ( f i , θ0) 2 ,