宽带平面螺旋天线的研究与设计
宽带平面螺旋天线的研究与设计
宽带平面螺旋天线的研究与设计作者：易礼智来源：《现代电子技术》2008年第11期摘要：平面螺旋宽带天线具有频带较宽、体积较小、圆极化性能较好等特点，应用范围很广。
但是这种天线增益较低，馈电匹配较难实现，尤其是前者，使得其性能大打折扣。
通过研究影响平面螺旋宽带天线增益和馈电匹配的主要因素，设计了2~7 GHz范围内的宽频带平面螺旋天线。
理论分析和仿真实验结果表明，对改善平面螺旋宽带天线的性能有一定的工程参考价值。
关键词：阿基米德螺旋天线；宽频带；圆极化性；巴伦中图分类号：TN82 文献标识码：B文章编号：1004-373X(2008)11-108-Research and Design of Wideband Planar Spiral Antenna(Hunan Engineering Polytechnic College,Changsha,410151,China)Abstract：Planar Archimedean antenna has some advantages as wideband,small volume and good performance in circularly polarizing,so it has broad appliance prosperity.But also it has low gain and is difficult for matching,which reduces its characteristics a lot.The main factor which gain and matching of planar Archimedean antenna is deeply studied,The article designs a wideband planar spiral antenna with frequency from 2~7 GHz.The analysis and simulation experimental results are given to some reference values of engineering for Improving performance in planar Archimedean antenna.Keywords：Archimedean spiral antenna;wideband;circularly polarizing;Cumberland平面螺旋天线是一种宽频带天线，因其频带较宽、尺寸小、重量轻、容易实现圆极化而在超宽带及抗干扰等技术中得以广泛应用。
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【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。
【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】4页(P742-745)【关键词】阿基米德螺旋天线;共平面波导;宽带天线;电磁仿真软件【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螺旋天线理论自上世纪40年代被提出来后，由于其超宽的频带、稳定的增益和较低的轴比，得到了广泛的应用［1］。
螺旋式天线设计原理及其优化方法
螺旋式天线设计原理及其优化方法摘要：本文介绍了螺旋式天线的设计原理，并提出了一种优化方法，以提高螺旋式天线的性能。
首先，文章讲解了螺旋式天线的基本原理和工作原理。
然后，介绍了一种优化方法，包括选择适当的材料、提高天线的效率和优化天线的几何结构等。
最后，文章指出了螺旋式天线的应用前景和未来发展方向。
关键词：螺旋式天线、设计原理、优化方法、性能一、引言螺旋式天线是一种非常常见的宽频段宽波束天线，具有较大的天线增益和较小的旁瓣损耗，被广泛应用于航空航天、通信和雷达等领域。
本文将介绍螺旋式天线的设计原理及其优化方法，以提高天线的性能。
二、螺旋式天线的设计原理螺旋式天线是一种基于二维平面螺旋线的天线结构。
其原理类似于一根弹簧，电磁波通过螺旋线的辐射和反射传输。
螺旋线的半波长决定了天线的工作频率，螺旋线的绕圈数和线宽决定了天线的方向性和增益。
三、螺旋式天线的优化方法1. 选择适当的材料天线的材料对其性能有着重要的影响。
常见的材料包括金属和导电聚合物。
金属具有良好的导电性，但容易产生辐射损耗。
而导电聚合物具有低损耗和较高的抗腐蚀性能，适用于高频率和高温环境。
根据具体应用需求选择合适的材料，可提高螺旋式天线的工作效率和稳定性。
2. 提高天线的效率天线的效率是衡量天线性能的一个重要指标，取决于天线的辐射功率和损耗功率之比。
为提高天线的效率，可以采取以下优化措施：- 降低螺旋线的线宽：减小线宽可以减小辐射损耗，提高天线的效率。
- 提高螺旋线的绕圈数：增加螺旋线的绕圈数可以提高天线的方向性和增益，进而提高天线的效率。
- 优化地平面结构：设计合适的地平面结构以提高天线的辐射效率和天线和地面之间的耦合效果。
3. 优化天线的几何结构为提高螺旋式天线的性能，还可针对其几何结构进行优化。
优化的方法包括调整螺旋线的绕圈半径、螺旋线的宽度和间距以及螺旋线的内移程度等。
根据具体应用需求，通过仿真和实验研究，找到最佳的参数组合，以提高天线的性能。
平面螺旋天线及宽带匹配网络的设计和仿真
平面螺旋天线及宽带匹配网络的设计和仿真徐 琰 张漠杰（上海航天局第八○二研究所 上海200090）摘要：本文介绍了阿基米德平面螺旋天线及微带渐变线阻抗变换器的原理和设计方法，运用以有限元法为原理的专业软件Ansoft HFSS 对该天线及宽带匹配网络进行仿真，并与测量结果进行比较，仿真结果与测量结果吻合。
关键词： 阿基米德平面螺旋天线 渐变线阻抗匹配 平衡馈电一、 平面螺旋天线1.1 阿基米德平面螺旋天线为了满足灵活性和通用性，常常要求天线能以令人满意的方向图、阻抗和极化特性工作于很宽的频带范围内。
线性振子天线的频带是很窄的，增加振子直径只能稍微展宽一些频带，一般很少能大于所设计的中心频率的百分之几。
天线的增益、方向图、输入阻抗等电特性参数在一个较宽的频带内保持不变或变化较小的天线称为宽频带天线。
一般情况下，天线的性能参数是随频率变化的。
有一类天线，其几何形状完全由角度规定，性能与频率无关，这类天线称为非频变天线。
典型的天线有等角螺旋天线。
阿基米德平面螺旋天线不是一个真正意义上的非频变天线，但它也可以在很宽的频带内工作。
因为它不能满足截断要求，电流在工作区后并不明显的减小，螺旋天线被截断后方向图必受影响，因此必须在末端加载而避免波的反射。
阿基米德螺旋的半径随角度的变化均匀的增加，方程为φρρa +=0式中0ρ是起始半径，为螺旋增长率。
a本文设计的是双臂的阿基米德平面螺旋天线（如图1），两臂方程分别为φρρa +=011和)(022πφρρ++=a 。
用印刷电路技术来制造这种天线，使金属螺旋的宽度等于两条螺旋间的间隔宽度，形成自互补天线。
臂的宽度为：20102πρρa W =−=对于一个自互补天线结构，由巴比涅—布克（Babinet －Booker ）原理可求得，具有两个臂的无限大结构的输入阻抗为188.5欧。
图1 阿基米德平面螺旋天线在螺旋的周长为一个波长附近的区域，形成平面螺旋的主要辐射区。
螺旋天线电路设计
螺旋天线电路设计引言螺旋天线是一种常见的天线类型，具有多频段、宽带和方向性好等特点，被广泛应用于无线通信和雷达系统中。
在设计螺旋天线电路时，需要考虑天线的结构、频率范围、辐射特性以及电路参数等因素。
本文将全面、详细、完整地探讨螺旋天线电路设计的相关内容。
螺旋天线结构螺旋天线由导体线圈在平面内旋转组成，其结构可以分为两种主要类型：方形螺旋天线和圆形螺旋天线。
方形螺旋天线方形螺旋天线的导体线圈呈正方形或长方形，辐射器和馈电结构相对简单，易于制造和布局。
方形螺旋天线通常具有宽频带和宽角度覆盖等特点，适用于通信和雷达系统中的多频段应用。
圆形螺旋天线圆形螺旋天线的导体线圈呈圆形，具有较为均匀的辐射特性。
圆形螺旋天线通常在窄带应用中使用，如无线电测向和卫星通信等领域。
螺旋天线频率范围螺旋天线的频率范围受到其外形、尺寸和匝数等因素的影响。
频率范围的选择应根据具体的应用需求来确定。
方形螺旋天线频率范围方形螺旋天线的频率范围较宽，通常可覆盖数个频段。
选择适当的参数可以实现不同频段的覆盖，如调整导体线圈的长度、宽度和匝数等。
圆形螺旋天线频率范围圆形螺旋天线的频率范围较窄，通常适用于单一频段的应用。
改变导体线圈的尺寸和匝数可以微调频率范围，满足特定频段的要求。
螺旋天线辐射特性螺旋天线的辐射特性在设计过程中需要考虑，包括辐射方向图、辐射效率和极化特性等。
辐射方向图辐射方向图描述了螺旋天线在不同方向的辐射强度，通常以极坐标图的形式表示。
通过调整导体线圈的几何参数和匝数等，可以实现不同辐射方向图的设计。
辐射效率辐射效率是指天线将输入功率转化为辐射功率的能力。
提高辐射效率可以减少能量损耗，提高天线的性能。
螺旋天线的辐射效率受到导体材料、匝数、尺寸和地平面等因素的影响。
极化特性螺旋天线可以实现不同的极化方式，如线性极化和圆极化。
通过合适的设计和调整，可以实现所需的极化特性。
螺旋天线电路参数在设计螺旋天线电路时，需要考虑到电路的匹配、增益、带宽和阻抗等参数。
螺旋天线电路设计
螺旋天线电路设计一、引言螺旋天线是一种常用的宽带天线，其特点是频率范围广、阻抗匹配好、方向性良好等。
本文将介绍如何设计一款螺旋天线电路。
二、螺旋天线的原理螺旋天线是一种基于电磁波的发射和接收原理的天线，其主要构成部分为导体和地面板。
导体通常采用圆形或正方形的金属片，通过不同方向上的缠绕来实现较好的频率范围和方向性。
在实际应用中，通常采用四分之一波长或半波长作为导体长度。
三、螺旋天线电路设计步骤1. 确定频率范围：首先需要确定需要使用的频率范围，以便选择合适的导体长度和缠绕方式。
2. 选择导体形状：根据实际应用需求，选择合适的导体形状（圆形或正方形），并确定其大小。
3. 计算导体长度：根据选定的频率范围和导体形状，计算出所需的导体长度。
可以使用在线计算器或专业软件进行计算。
4. 缠绕方式：根据计算出的导体长度和形状，确定缠绕方式。
通常有两种方式：顺时针和逆时针缠绕。
选择合适的缠绕方式可以影响天线的方向性。
5. 地面板设计：螺旋天线需要一个地面板来实现较好的阻抗匹配和性能。
地面板通常采用金属板或铜箔，大小应与导体相匹配。
6. 阻抗匹配：在实际应用中，需要将天线的阻抗与接收器或发射器进行匹配。
可以使用衰减器、变压器等方法进行匹配。
四、螺旋天线电路实现1. 制作导体：根据设计好的导体形状和长度，使用金属片或铜箔制作出导体。
2. 缠绕导体：根据设计好的缠绕方式，将导体进行缠绕，并固定在地面板上。
3. 制作地面板：根据设计好的大小和形状，制作出地面板，并将其与导体固定在一起。
4. 连接电路：将天线与接收器或发射器连接，并进行阻抗匹配。
五、螺旋天线电路调试1. 测试频率范围：使用信号源测试天线的频率范围，确保其符合设计要求。
2. 测试阻抗匹配：使用阻抗仪测试天线的阻抗，并进行调整以实现较好的匹配。
3. 测试方向性：使用转台或指向器测试天线的方向性，并进行调整以实现最佳效果。
六、总结螺旋天线是一种常用的宽带天线，其设计和制作需要考虑多个因素，包括频率范围、导体形状和长度、缠绕方式、地面板设计等。
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。
平面等角螺旋天线及巴伦的设计
平面等角螺旋天线及巴伦的设计随着无线通信技术的飞速发展，天线作为无线通信系统的重要组成部分，其性能和设计受到了广泛。
其中，平面等角螺旋天线（Planar Inverted-F Antenna，简称PIFA）以及巴伦（Balun）是两种常用的天线和平衡转换器设计。
本文将介绍这两种天线的特点、设计原理和参数，旨在帮助读者深入了解其优势和应用场景。
平面等角螺旋天线是一种常见的宽带天线，具有体积小、易共形、易集成等优点。
它由一个平面的辐射元和一个螺旋状的地面构成，通过调整辐射元和地面的尺寸以及螺旋的匝数，可以实现在宽频带内的良好辐射性能。
平面等角螺旋天线的辐射原理主要依赖于螺旋的电流分布。
当高频电流在螺旋上流动时，会产生一个向外扩散的磁场，从而形成辐射。
由于螺旋的等角特性，电流在整个螺旋上均匀分布，使得天线在宽频带内具有稳定的辐射方向图和阻抗特性。
平面等角螺旋天线的特点在于其宽频带性能和易共形性。
通过改变螺旋的匝数和辐射元的尺寸，可以覆盖较宽的频率范围，同时保持稳定的阻抗特性和辐射方向图。
在设计时，需要考虑的主要参数包括辐射元的尺寸、螺旋的匝数、介质基板的厚度和相对介电常数等。
巴伦是一种用于将不平衡的信号转换为平衡的信号，或反之亦然的平衡转换器。
在天线设计中，巴伦被广泛应用于将天线的不平衡信号转换为平衡信号，以实现更好的辐射性能。
下面以常见的威尔金森巴伦为例，介绍其设计原理和特点。
威尔金森巴伦是一种经典的巴伦设计，它利用两个对称的线绕线圈来实现不平衡到平衡的转换。
在线绕线圈的中心连接不平衡信号源，在线绕线圈的两侧连接平衡信号端口。
通过调整线圈的匝数和半径，以及源阻抗和负载阻抗的匹配，可以实现信号的高效传输。
威尔金森巴伦的特点在于其宽带性能和高效传输。
通过调整线圈的匝数和半径，可以覆盖较宽的频率范围，同时保持高效传输。
在设计时，需要考虑的主要参数包括线圈的匝数和半径、源阻抗和负载阻抗的匹配等。
平面等角螺旋天线和巴伦是两种常用的天线和平衡转换器设计，具有广泛的应用场景。
一种新颖的超宽带平面等角螺旋天线的设计
2013年第06期，第46卷 通 信 技 术 Vol.46，No.06,2013 总第258期 Communications Technology No.258,Totally一种新颖的超宽带平面等角螺旋天线的设计罗 旺（电子科技大学 物理电子学院，四川 成都 611731）【摘 要】分析了平面螺旋天线的研究方法，并设计了工作于2～12 GHz的新颖的超宽带平面等角螺旋天线，由天线的宽带特性指标和平衡结构特性，天线两臂的辐射部分设计了一种带环状贴片的天线辐射结构，使圆极化轴比带内小于3 dB，天线馈电部分设计了一种阻抗为指数渐变和梯形渐变相结合的双线形式微带线宽带巴伦，并可采用50 Ω同轴探针馈电，使带内反射系数小于-10 dB。
测试结果表明，馈电的微带巴伦和天线带环状的结构形式都表现出良好的宽频带和圆极化特性。
【关键词】宽带巴伦；平面等角螺旋天线；圆极化轴比；反射系数【中图分类号】TN822 【文献标识码】A 【文章编号】1002-0802(2013)06-0012-03 Design of A Novel Ultra-wideband Planar Equiangular Spiral AntennaLUO Wang(College of Physical Electronics, ESTUC, Sichuan Chengdu 611731, China)【Abstract】The planar spiral antenna research methods are analyzed, and the planar equiangular spiral antenna working in 2～12 GHz novel ultra-wideband is designed. For the balanced structure and broadband characteristics of the antenna, a belt-ring stickers antenna radiating structure for the antenna radiation part is designed, so that the circular polarization axis is less than 3dB than the band, while a two-form microstrip line broadband balun combining the impedance index gradient and trapezoidal grodient is designed for the antenna feed part, and 50Ω coaxial probe feed may also be adopted, so that the reflection coefficient could be less than -10dB band. The measurement results indicate that both the antenna and the balun exhibit good circular polarization and broad-band property.【Key words】broadband balun; planar equiangular spiral antenna; circular polarization axial ratio; reflection coefficient0 引言平面螺旋天线是一种比较常见的超宽带天线，它本身属于非频变天线系列。
宽带平面螺旋天线的研究与设计
宽带平面螺旋天线的研究与设计
宽带平面螺旋天线的研究与设计
1．1 天线辐射元的设计
阿基米德螺旋天线是一种自互补天线，即天线臂宽与间隔相等。
对于自互补结构的天线，由巴俾涅原理知其输入阻抗为60πΩ。
如微带衬底介电常数为εr，则输入阻抗选择普通基板εr=4．6，基片厚度h=1 mm，这样天线的输入阻抗约为Z0=112．6Ω。
天线外圈周长必须大于1．25倍λmax，馈电点间距必须小于λmin／4。
1．2 背腔设计
要获得单向辐射，需要用到反射腔，也可以在背腔内填充吸波材料，考虑到增益，本文腔体内部不填充吸波材料，而直接采用λ／4扼流套作为背腔。
其基本结构如图2所示，在同轴线外部加上一个长度为λ／4的金属套，底端与同轴线外皮短接，该金属套与同轴线的外导体构成一个特性阻抗为Zc的新同轴线L，且终端短路。
易知，终端短路的λ／4长的同轴线有开路效应即从L顶端向下看去，特性阻抗为Zc的同轴线的输入阻抗为无穷大，也就是说如果在该段传输线上有电压电流分布，则最顶端为电压腹点，电流节点，从而这种结构有一定的扼流作用。
一种基于微带巴伦馈电的平面超宽带螺旋天线的设计
2 平面螺旋天线的设计
Altair 2015 技术大会论文集
2.1 平面等角螺旋天线基本原理
平面等角螺旋天线的两臂是由两条对称的等角螺旋臂构成。 一条臂绕着 Z 轴旋转 180 度可得 到另外一条臂，其中每一臂也都是由两条起始角相差为 的等角螺旋线构成的。平面等角螺旋天 线的方程为：
r 1 r0 e b
Altair 2015 技术大会论文集
一种基于微带巴伦馈电的平面超宽带螺旋天线的设计 design of a planar ultra wide band spiral antenna based on microstrip balun feed
韩非凡 陈佳佳 (桂林电子科技大学 信息与通信学院 广西 桂林 541004)
摘 要：本文提出了一种平面超宽带螺旋天线的设计，天线采用微带巴伦来馈电，能够实现了不
平衡到平衡的转换和阻抗变换。使用电磁软件 FEKO 进行仿真运算，仿真结果表明，该天线几乎 能够覆盖超宽带的工作频段 3.1GHz-10.6GHz,并且具有良好的驻波比特性。 在一定工作频段内具 有较好的轴比和方向图特性，可以满足工程设计的需要。
ln( z / z0）
作线性变化的渐变线， 其
z / z0
是由 1 到 ln(
Z L /Z0)作指数变
这样就可
z (l ) Zz Z 0e az 0 Z L , 实现阻抗变换的时候要求
z L z0e al
1 Z a ln( L ) l Z 0 巴伦的最短长度可以通过下面公式[6]算出 以求出指数值，即阻抗变换因子为
关键词：平面螺旋天线 超宽带 微带巴伦 Abstract: A ultra wide band planar spiral antenna fed by microstrip balun is proposed in this
电缆局部放电宽带平面螺旋天线设计
电缆局部放电宽带平面螺旋天线设计杨浩亮中机国能电力工程有限公司邯郸分公司河北056000摘要:电缆局部放电检测是诊断XLPE电缆早期故障的有效方法。
当电缆发生局部放电时，在超高频段有丰富的频率分量，而宽带平面螺旋天线是检测超高频局部放电信号非常有效的传感器。
利用高频电磁仿真软件Ansoft HFSS对对数螺旋天线和阿基米德螺旋天线进行了仿真和分析，仿真结果表明两种天线在400MHZ～1GHZ有效工作频带内，都具有较高的灵敏度和优越的性能，能够满足各项性能指标的要求。
由于阿基米德螺旋天线具有较小的尺寸，较大的增益和结构简单的优点，并且便于安装使用，被用来检测XLPE电缆局部放电的超高频信号。
关键词：电缆局放平面螺旋天线Ansoft HFSS1. 引言XLPE电缆线路在城市供电电网中占有极其重要的地位。
X LPE 电缆的安全运行对整个电力系统的稳定至关重要，一旦发生故障，将引起所辖地区重大的停电事故，造成较大的经济和社会影响[1]。
而局部放电是电缆绝缘故障早期的主要表现形式，它既是引起绝缘劣化的主要原因之一，又是表征绝缘状况的主要特征量。
对电缆局部放电进行检测是定量分析绝缘劣化程度的有效方法之一[2]。
电缆局部放电检测是诊断XLPE电缆早期故障的有效方法。
局部放电的检测方法主要包括声测法、温度测量法等非电气测量法和差分法、电磁耦合法、电容耦合法、方向耦合传感器及超高频法等电气测量法。
超高频法是近年来发展起来的一项新技术，其原理是利用装设的天线传感器接收由电缆局放陡脉冲所激发并传播的超高频电磁波来检测局放信号。
它的主要优点有：抗低频干扰能力强，能对局放源进行定位，根据所测信号的频谱，可以区分不同的缺陷类型，同时可进行长期现场监测，灵敏度能满足工程要求[3]。
超高频法采用的传感器大致分为内置型和外置型两类。
内置型传感器可以获得较高的灵敏度,但是对制作安装的要求较高，最常用的就是电容耦合传感器。
外置型传感器的灵敏度较内置的差些,但是安装灵活,不影响设备的运行，安全性高，最常用的是天线传感器[4,5]。
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。
关于宽带强方向性螺旋天线的研究
二是端射型螺旋天线 ：最 大辐射 方向沿 螺旋 线轴 ， 当螺旋线周长等 于波长大小时 （ ５ ／ ＜０ ４ ）， ０ ２ ＜Ｄ ６
螺旋 天 线 是 一 种 常 用 的典 型 圆极 化 天 线 （ Ｃ 形 成 轴 向辐 射 如 图２ ｂ 。 Ｃ ｒ ｌｒ ｕ ａ （） 三 是 圆 锥 形 螺 旋 天 线 ： 最 大 辐 射 方 向偏 离 轴 线 方 向 ，当 螺旋 线 周 长 大 于 １ ３ 波 长 时 （／入＞０ ４ ） ． ．个 Ｄ ６ 形 成 圆 锥 形 波 束 ，如 图２ Ｃ 。 （）
满 足 螺旋 线 直 径 Ｄ 电 波 波 长 的 比 值 范 围 要 求 性 ．发 射 频 率 需 满 足 公 式
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改进 ，得 到强方 向性螺旋端射天线 螺距ｓ 必须 满足公式
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强 方 向性 螺旋 端 射天 线 达到 螺 距Ｓ 求后 ，还 应 要
外导体与地板相接 ，如图１ 所示 。 ｉ Ｉ
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图２ 三类辐射特性螺旋天线
２ 对 宽 带强 方 向性 螺 旋 天线 的设 计 ．
图１螺旋天 线的几何参数
端 射 型螺 旋 天 线 较 其 他 两 类 天 线 具 有 以下 特 点 ：一
其参数设定如下所示 ：Ｄ ——螺旋直径 、ｃ ——螺旋 是 沿 轴 线 方 向 有最 大 辐 射 ．方 向 性 较 强 ：二 是 天 线 导 线
螺旋天线的设计与仿真研究
螺旋天线的设计与仿真研究摘要在分析电晕放电原理的基础上，结合本实验室关于电晕放电探测系统的设计要求，选用CST微波工作室对螺旋天线进行了设计、优化与仿真，所得的仿真计算结果与测试结果有较好的一致性。
设计出的螺旋天线具有高增益，提高了整个电晕放电探测系统的灵敏度。
关键词电晕放电；螺旋天线；CST；仿真；测试螺旋天线是一种行波天线，具有宽频带特性和圆极化特性，已广泛应用于米波和分米波波段。
可以构成螺旋天线阵使用，也可作为其它面天线的初级馈源。
按照电晕放电探测系统的设计要求，首先设计单个的螺旋天线，提供较高的增益，在此基础上后续进行设计多个阵列进行拼接组合实现高增益阵列天线阵。
螺旋天线不仅在宽频带上具有近乎一致的电阻性输入阻抗，而且在同样的频带上螺旋天线的波瓣图显示其增益很大。
它的性能对导线尺寸和螺旋节距不敏感；它的互阻抗几乎可以忽略，因此很容易用来组阵。
1螺旋天线结构参数及设计方法将金属带或金属导线绕制成一定尺寸的圆柱或者圆锥螺旋线，一端用同轴线内导体馈电，另一端处于自由状态或与同轴线外导体联接。
螺旋天线的几何结构参数为：D=螺旋直径S=螺距n=圈数d=螺旋导体（线）的直径1=轴向长度=nS为了消除同轴线外皮上电流，通常在螺旋线末端接一个直径为Z0=同轴线的特性阻抗的金属圆盘，这样就组成了一个螺旋天线。
螺旋天线的辐射特性主要取决于天线直径与波长比D/λ。
当D/λ=（0.25~0.46），螺旋的周长L在一个波长左右，最大的辐射方向在轴线方向，称之为轴向模螺旋天线，实际工程中也多采用这样的天线。
轴向模螺旋天线对导线尺寸和螺旋节距不敏感，在工程中比较好建造使用，其优化的重要参数有波束宽度，增益，阻抗以及轴比。
（1）本螺旋天线阵馈电时采取轴向馈电，适用于0.8≤Cλ≤1.2，12°≤α≤14°时，在20%的误差范围内为R=140Cλ。
借助适当的匹配段，在螺旋最底部的1/4圈制成平行于接地面的锥削过渡段，将140Ω~150Ω的螺旋阻抗变换为50Ω的同轴线阻抗。
平面螺旋天线的设计与实现
平面螺旋天线的设计与实现陈小娟 ,袁乃昌ΞΞ(国防科技大学 微波中心 ,湖南 长沙 410073)摘 要 :平面阿基米德螺旋天线具有极宽的工作频带 ,然而其匹配平衡电路的宽频带实现则较 难 ,尤其是在加反射腔以使其单向辐射时 。
在 4～6 GHz 范围内仿真并实际制作出了用于某 S 波 段雷达系统单向辐射的平面螺旋天线 ,给出了设计参数值 、仿真结果及实测结果 。
关键词 :阿基米德螺旋天线 ; 宽频带 ; 巴仑 ; 反射腔中图分类号 : T N823. 31 文献标识码 :A 文章编号 :100920401 (2004) 0420031203Design and implementment of a planar spiral antennaCHEN Xiao 2juan , YUAN Nai 2chang( Microwave center , National University of Defense Technology , Changsha 410073 , China )Abstract :Planar Archimedean antenna can work in a very wide band , while the wideband matching network is difficult to be implemented , especially in adding a reflecting cavity to get a unidirectional radiation. In this article a unidirecti onal radiating spiral antenna is modeled on HFSS between 4 G Hz and 6 GHz and then is made to work in an S 2band radar system , and the design parameters , simulati on results and on 2the 2spot test are also given.Key words : Archimedean antenna ; wideband ; balun ; reflecting cavi ty1 引 言阿基米德螺旋天线[ 1 ] 是一种宽频带天线 ,因其结 构紧凑 、尺寸小 、重量轻而得以广泛应用 。
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。
一种侧馈式超宽带平面螺旋天线设计
电子信息对抗技术Electronic Information Warfare Technology2020,35(1) 中图分类号:TN822.8 文献标志码:A 文章编号:1674-2230(2020)01-0064-04收稿日期:2019-04-22;修回日期:2019-06-03作者简介:周智杰(1983 ),男,硕士,工程师;李培(1986 ),男,硕士,工程师;左乐(1981 ),男,博士,高级工程师㊂一种侧馈式超宽带平面螺旋天线设计周智杰,李 培,左 乐(电子信息控制重点实验室,成都610036)摘要:介绍了一种能够工作在0.8~18GHz 的平面螺旋天线㊂螺旋天线小型化是本次设计的目标,所以天线的口径尺寸被严格地限制㊂为了在尺寸限制的条件下天线工作频段仍然能够覆盖频率范围,该螺旋天线采用多种小型化技术㊂该天线使用侧馈方式馈电,能够进一步减小天线的高度㊂通过仿真设计和实物测试验证,天线性能良好并且具有超宽带㊁纵向尺寸小㊁易于加工装配等优点㊂关键词:螺旋天线;超宽带;小型化;侧馈DOI :10.3969/j.issn.1674-2230.2020.01.014Design of A Side -Fed Ultra -Wideband Planar Spiral AntennaZHOU Zhijie,LI Pei,ZUO Le(Science and Technology on Electronic Information Control Laboratory,Chengdu 610036,China)Abstract :A planar spiral antenna which can work at 0.8~18GHz is introduced.The goal of this design is to miniaturize the spiral antenna,so the aperture size of this antenna is strictly re⁃stricted.In order to cover the frequency range under the size restriction,several kinds of minia⁃turization methods are employed.The side feed is employed by the spiral antenna to further re⁃duce longitudinal dimension.Through simulation design and test verification,the antenna has a good performance and the advantages of ultra -wideband,small longitudinal dimension,easy processing and assembly,etc.Key words :spiral antenna;ultra-wideband;miniaturization;side feed1 引言雷达㊁电子战㊁通信等无线电系统都是通过天线接收和发射信号㊂现代国防和民用无线电系统均对天线的宽带化㊁小型化提出需求㊂但是根据电磁场理论,天线的低频带宽随口径尺寸的减小而变窄,所以天线的宽带化和小型化是一对矛盾㊂对超宽带天线的小型化研究具有很高的工程实用价值㊂平面螺旋天线作为天线的一种,具有频带宽㊁圆极化㊁低轴比㊁体积小的优点,被广泛应用于国防和移动通信领域[1]㊂平面螺旋天线的小型化技术一直是研究的热点㊂小型化技术包括口径小型化和低剖面[2]㊂口径小型化的研究重点集中在辐射结构创新㊂平面螺旋天线的辐射发生在周长为工作频点波长整数倍的环形辐射带㊂在保证辐射带半径不变情况下,延长辐射带内螺旋线的电长度可以降低该辐射带的工作频率㊂对螺旋天线臂进行曲折处理是一种广泛采用的方法[3]㊂此外还可以设法降低天线臂终端的反射电流来降低工作频率㊂方法主要有:天线臂终端使用较细的螺旋线[4];终端加46电子信息对抗技术·第35卷2020年1月第1期周智杰,李 培,左 乐一种侧馈式超宽带平面螺旋天线设计载电阻[5];终端辐射区域加载吸收环[6]㊂平面螺旋天线低剖面是研究如何降低天线反射腔的深度[2]㊂通常方法是在腔体内部填充高效吸收材料[7]或采用EBG结构作为反射面[8]㊂本文介绍了一种能够工作在0.8~18GHz新型的平面螺旋天线㊂该天线综合利用了多种措施来拓展低频工作频率,并对传统的微带双线渐变馈电结构进行了更改,采用侧馈方式馈电,压缩了天线剖面的高度㊂该天线拥有非常宽的带宽,能够工作在0.8~18GHz㊂2摇平面螺旋天线设计 本文设计的平面螺旋天线结构上可以分成三部分,分别是辐射部分㊁馈电部分㊁腔体部分㊂辐射部分的螺旋线采用阿基米德函数加正弦函数形成曲折臂;螺旋面终端辐射区域加吸收环㊂馈电部分采用弯曲的微带至双线渐变巴伦㊂腔体内部填充吸收材料㊂平面阿基米德螺旋天线两臂的方程为ρ1=r0+aφ1(1)其中:ρ1和φ1分别是极坐标系中的矢径和幅角㊂r0为任意常数,a是螺旋线增长率因子㊂对于本文所述天线,由于天线口径限制,为了进一步拓宽天线频率低端工作带宽,需要延长螺旋线的电长度㊂于是螺旋线内圈使用阿基米德函数,外圈使用正弦波函数㊂正弦波函数可以形成波纹起伏,形成类似于曲折臂的结构,达到降低低端工作频率的目的㊂阿基米德加正弦波函数的方程为ρ2=r0+aφ1+aφ2+b sin(φ2*N1)*φ22N2π(2)其中:ρ2和φ2分别是极坐标系中的矢径和幅角㊂b为任意常数,表示正弦波纹的幅度㊂N1是每一圈正弦波螺旋线(外圈)中的波纹的起伏数㊂N2表示正弦波螺旋线(外圈)的圈数㊂为了保证天线的非频变特性,螺旋天线通常是自补结构,即螺旋臂宽度与臂间距相等㊂宽度记作w㊂增长因子和宽度满足式(3):a=2wπ(3)本文所述天线的螺旋线见图1㊂图1 螺旋线为了进一步降低天线在频率低端的驻波,天线螺旋臂终端区域加载吸收环,见图2㊂吸收环采用氯丁胶板吸收材料㊂这种材料厚度薄㊁柔性好㊁强度高㊁吸收率大,对表面波具有良好的吸收特性㊂吸收环的外形尺寸见图3㊂图2 螺旋臂终端加载吸收环图3 螺旋臂终端加载吸收环外形尺寸馈电巴伦采用微带到双线渐变的印制电路实现㊂基材选用RO4003C,介电常数3.38㊂微带线一端与SMA连接器焊接;双线和螺旋臂焊接㊂与Marchand平衡器相比,微带渐变巴伦的优点是带宽很宽㊁结构简单,缺点是平衡性较差㊂理论上渐变线的电长度越长其平衡性越好,所以在设计时应尽可能使用长的渐变线㊂本天线设计的目标是通过侧面馈电的方式来降低剖面高度,通过弯折56周智杰,李 培,左 乐一种侧馈式超宽带平面螺旋天线设计投稿邮箱:dzxxdkjs@的渐变线可以同时实现侧馈和延长渐变线的目的㊂与传统的采用微带渐变巴伦并后馈方式相比,侧馈还能够提高天线的安装适应性㊂微带双线渐变巴伦的外形示意图见图4㊂图4 微带双线渐变巴伦天线腔体的主要作用是吸收螺旋面后向辐射的电磁波,支撑螺旋面,保护馈电巴伦㊂腔体的外形尺寸和内部结构见图5㊂如图所示,腔体内填充蜂窝吸收材料用于吸收反向波㊂蜂窝材料吸收率强,且垂直方向的强度高,可以有效地吸收反向波,同时对螺旋面起到支撑作用㊂巴伦的微带印制板两侧粘接PMI 泡沫,对巴伦起到固定作用㊂图5 螺旋天线内部结构示意为了验证设计的正确性,采用HFSS 仿真软件对上述模型进行仿真优化㊂主要是对螺旋线的各参数,渐变巴伦的微带线进行调整,得到一组相对最优的仿真结果㊂天线模型的主要性能仿真结果如图6~9所示㊂仿真结果显示,天线驻波全频段小于3;增益大于-10dBi;轴向轴比在1GHz ~2GHz 处偏大,其余频段均小于3dB㊂图6 仿真电压驻波比图7 仿真圆极化增益图8 仿真轴向轴比图9 仿真圆极化增益方向图考虑到天线的实际使用环境,螺旋面表面积水㊁腐蚀㊁划伤,腔体内部吸收材料吸潮,均会影响天线性能,所以专门设计一个薄壁天线罩用于密封天线,保护螺旋面㊂3摇试验结果 根据上面螺旋天线的仿真设计,加工装配了天线实物㊂螺旋天线实物照片如图10㊂天线带了天线罩,并在天线表面喷淡灰色漆㊂图10 带天线罩天线66电子信息对抗技术㊃第35卷2020年1月第1期周智杰,李 培,左 乐一种侧馈式超宽带平面螺旋天线设计将天线置于微波暗室中测试,得到其主要性能测试结果如图11~14所示㊂图11是实测电压驻波比,在0.8GHz ~18GHz 全频段优于2.5㊂图12是圆极化增益㊂天线在2GHz ~18GHz 频段增益在0dB 左右,2GHz 以下增益快速下降,最小增益大于-14dB㊂图13是天线的轴向轴比,轴比除个别频点外均小于3㊂个别频率处轴比偏大的主要原因是微带双线渐变巴伦的平衡性在该频率点差导致㊂图14是天线水平极化和垂直极化方向图㊂可以看出,0.8GHz 方向图会出现20°左右的歪头,随着频率的升高,天线方向图歪头减小㊂天线实测结果与仿真结果存在一定的差异,主要原因有以下四点:一㊁仿真模型中,天线采用吸收材料的仿真参数与实际值存在一定的偏差;二㊁巴伦在实际使用时可能会激励起高次模,造成与仿真结果的差异;三㊁仿真模型没有考虑天线罩的影响;四㊁暗室测试环境并非完全理想,会引入测试误差㊂图11 实测电压驻波比图12 实测圆极化增益图13 实测轴向轴比(a)0.8GHz(b)6GHz(c)12GHz(d)18GHz图14 实测方向图从图11~14的实测性能结果可见,螺旋天线在高频段,增益㊁轴比和方向图性能优于低频段㊂(下转第88页)76邓小龙,刘湘德,温卓漫基于FACE的可重构装备软件架构投稿邮箱:dzxxdkjs@[2] 裴朝志.可复用情报数据处理软件设计方法[J].电子对抗信息技术,2011,26(6):82-86. [3] ADMIRAL V,CEBROWSKI A K.Technical Standardfor Future Airborne Capability Environment(FACETM)[M].2.1ed.Burlington,USA:The OpenGroup,2014.[4] HENRY M,VACHULA G,PRINCE G B,et al.AComparison of Open Architecture Standards for the De⁃velopment of Complex Military Systems:GRA,FACE,SCA NeXT[M].Orlando,USA:IEEE,2012,978-1-4673-3/12.[5] 王云爽,刘堃,郑挺,等.一种电子对抗行动控制应用软件框架研究[J].电子对抗信息技术,2014,29(1):77-82.[6] 覃杨森,董卫云.基于模态的嵌入式软件动态重构技术研究[J].计算机科学,2012,29(2):175-178.[7] 贾璐,胡林平,齐晓彬.分布式航空电子系统蓝图仿真技术的研究[J].航空计算技术,2010,40(4):108-111.(上接第67页)主要原因是天线为实现小型化,口径尺寸受到限制,且使用吸收环加载,导致天线在频率2GHz以下增益快速下降;且微带双线渐变巴伦在低频段的平衡性较差,导致轴比增大,方向图出现歪头㊂4摇结束语 本文通过仿真,设计实现了一种可工作在0.8~18GHz频段的超宽带平面螺旋天线㊂经实物测试,天线性能良好㊂该天线采用微带双线渐变巴伦馈电,具备口径小㊁剖面低㊁结构简单㊁可靠性高㊁易加工㊁装配性强等优点㊂同时,该螺旋天线缺点在于轴比和低频端的方向图略差㊂如要进一步扩展低频带宽,需要进一步优化螺旋面;如要改善天线方向图特性,需要优化巴伦结构,增加其电长度,提高平衡性㊂参考文献:[1] JOHN D K,RONALD J M.天线[M].3rd ed.章文勋译.北京:电子工业出版社,2006.[2] 王光明,王亚伟,梁建刚.平面螺旋天线小型化研究[J].微波学报,2013,29(5/6):139-144. [3] 宋朝晖,李红梅,杨汉瑛,等.曲折臂形式的阿基米德螺旋天线小型化研究[J].微波学报,2009,25(2):53-57.[4] ZHU Y X,ZHONG S S,XU S Q.Miniaturized Com⁃pound Spiral Slot Antenna[J].Microwave and OpticalTechnology Letters,2008,50(11):279-2801. [5] NUMBERGER M W,VOLAKIS J L.New Terminationfor Ultra-Wideband Slot Spirals[J].IEEE Transac⁃tions on Antennas and Propagation,2002,50(1):82-85.[6] NAKANO H,SASAKI S,OYANAGI H,et al.Cavity-Backed Archimedean Spiral Antenna With Strip Ab⁃sorber[J].IET Microwaves Antennas&Propagation,2008,2(7):725-730.[7] HISAMATSU N,TATSUYA I,HIROSHI O,etc.Unbal⁃anced-Mode Spiral Antenna Backed By An ExtremelyShallow Cavity[J].IEEE Transactions on Antennasand Propagation,2009,57(6):1625-1633. [8] HISAMATSU N,KATSUKI K,MORIHIRO K,et al.Low-Profile Equiangular Spiral Antenna Backed by anEBG Reflector[J].IEEE Transactions on Antennasand Propagation,2009,57(5):1309-1318.(上接第75页)[7] 李杰,高火涛,郑霞.相控阵天线的互耦和近场校准[J].电子学报,2005,33(1):119-122. [8] SHIRO K,HIROMASA N,HITOSHI M.DevelopmentResults of Partial Model of Ka-Band Active PhasedArray Antenna of Gigabit Satellite[J].InternationalJournal of Satellite Communications,1999,17(2/3):187-196.[9] YONEZAWA R,KONISHI Y.Beam-Shape Correc⁃tion in Deployable Phased Arrays[J].IEEE Trans onAntennas Propag,1999,47(3):482-486.88。
一种超宽带平面螺旋天线的设计与研究
一种超宽带平面螺旋天线的设计与研究作者：曾嘉诚来源：《科学与财富》2020年第19期摘要：平面螺旋天线具有宽频带、小体积、易共形等特性，因此广泛应用在电子对抗领域。
文章设计了一种低剖面高增益的超宽带平面螺旋天线，该天线能够工作在1-40GHz的频段内。
用一种经指数切削的同轴馈电巴伦对天线进行馈电，满足了天线的馈电平衡和阻抗匹配，同时通过在天线背面加载异型反射腔提高天线的正向增益。
经一系列的仿真优化，其结果表明天线具有良好的宽频带特性、较大的功率容量和较好的圆极化特性。
关键词：平面螺旋天线;宽带;巴伦;反射腔现如今电子信息技术已经得到了蓬勃的发展，电子技术也已广泛应用在军事领域中，几乎所有的现代化武器系统都已实现了信息化。
在日益复杂的电磁环境下，电子对抗技术也就变得更加重要[1-3]。
在上世纪50年代，Rumsey等人提出了频率无关天线的概念，这类天线的电性能参数在相当宽的频带范围内保持不变或变化很小。
频率无关天线也称为非频变天线，根据Rumsey原理，其结构只与角度有关，这也表示天线的尺寸可以无限大[4-6]。
实际运用中，因尺寸限制往往要求天线在某点处截断时，天线性能不受影响或可忽略不计，即需满足截断原则。
平面螺旋天线作为一类经典的非频变天线，在电子对抗技术已得到了广泛的使用，如预警机的雷达[7]。
1平面螺旋天线设计本文设计的是双臂阿基米德螺旋天线，其结构在极坐标下可用如下方程表示：式中r0表示天线的起始半径;α为增长率;为角度;为起始方位角，本文中分别设置为0和π。
事实上阿基米德螺旋天线并不完全满足Rumsey原理，不是一个真正的非频变天线。
下面根据阿基米德螺旋天线的辐射机理，解释其为什么拥有很宽的频带。
阿基米德螺旋天线存在一个辐射激活区，远区场的辐射主要依赖于这一激活区，激活区外所产生的场几乎对远区辐射场没有影响。
在周长为一个波长的区域附近，两臂上的电流几乎同向所产生的辐射场在螺旋平面法向方向上相互叠加产生强辐射，这一区域就是辐射激活区。
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图３驻波测试曲线
１．４测试结果 由于阿基米德螺旋天线是螺旋天线，需要测试其圆极
化性能。方向图测试时要分几种情况分别测量，即在发射 天线水平或垂直极化时，将螺旋天线旋转一定测试角度 （如４５。），然后再由测试数据计算得到天线圆极化特性， 图４为螺旋天线水平放置，发射天线垂直极化时测得的两 个频率对应方向图。天线在同样条件下放置时的增益曲 线如图５所示。由天线各方向放置时测得的方向图曲线 得到天线的轴比如图６所示。
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ａｒｃｈｉｍｅｄｅａｎ ｓｐｉｒａｌ ａｎｔｅｎｎａ｝ｗｉｄｅｂａｎｄ ｃｉｒｃｕｌａｒｌｙ ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ；Ｃｕｍｂｅｒｌａｎｄ
平面螺旋天线是一种宽频带天线，因其频带较宽、尺 寸小、重量轻、容易实现圆极化而在超宽带及抗干扰等技 术中得以广泛应用。常用的平面宽带螺旋天线有阿基米 德螺旋天线和平面曲折螺旋天线等，这类天线都有互补周 期性结构，能够在较宽频带内保持天线的输入阻抗特性不 变，易于匹配。本文针对双臂螺旋天线，采用反射腔作为 １／４波长巴伦，采用空心同轴变换段来获得较宽频带的阻 抗匹配，并研究了天线介质板厚度对性能的影响。
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宽带平面螺旋天线的研究与设计
易礼智
（湖南工程职业技术学院 湖南长沙４１０１５１）
摘要：平面螺旋宽带天线具有频带较宽、体积较小、圆极化性能较好等特点，应用范围很广．但是这种天线增益较低， 馈电匹配较难实现，尤其是前者，使得其性能大打折扣。通过研究影响平面螺旋宽带天线增益和馈电匹配的主要因素，设计
１设计与实现
图１所示为双臂阿基米德螺旋天线，其半径随角度的 变化均匀的增加，由于该类天线不能像非频变天线要求的 那样缩比到无限大或者是无限小，因此，这类天线对高端 频率有所限制，同样由于结构尺寸限制，终端对电流截止， 使得低频端会有振荡。 １．１ 天线辐射元的设计
阿基米德螺旋天线是一种自互补天线，即天线臂宽与 间隔相等。对于自互补结构的天线，由巴俾涅原理知其输 入阻抗为６０，ｆｆｌ［１］。如微带衬底介电常数为ｅ，，则输入阻 抗Ｚｏ一６０７ｒ／￣／（￡，＋１）／２，选择普通基板ｅｒ一４．６，基片厚
ＹＩ Ｌｉｚｈｉ （Ｈｕｎａｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｃｏｌｌｅｇｅ．Ｃｈａｎｇｓｈａ。４１０１５Ｉ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｌａｎａｒ Ａｒｃｈｉｍｅｄｅａｎ ａｎｔｅｎｎａ ｈａｓ ｓｏｍｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｓ ｗｉｄｅｂａｎｄ，ｓｍａｌｌ ｖｏｌｕｍｅ ａｎｄ ｇｏｏｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎ ｃｉｒｃｕｌａｒｌｙ ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ，ＳＯ ｉｔ ｈａｓ ｂｒｏａｄ ａｐｐｌｉａｎｃｅ ｐｒｏｓｐｅｒｉｔｙ．Ｂｕｔ ａｌｓｏ ｉｔ ｈａｓ ｌｏｗ ｇａｉｎ ａｎｄ ｉｓ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｆｏｒ ｍａｔｃｈｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ ｒｅｄｕｃｅｓ ｉｔｓ ｃｈａｒａｃ－ ｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａ ｌｏｔ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒ ｗｈｉｃｈ ｇａｉｎ ａｎｄ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｏｆ ｐｌａｎａｒ Ａｒｃｈｉｍｅｄｅａｎ ａｎｔｅｎｎａ ｉｓ ｄｅｅｐｌｙ ｓｔｕｄｉｅｄ，Ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｄｅｓｉｇｎｓ ａ ｗｉｄｅｂａｎｄ ｐｌａｎａｒ ｓｐｉｒａｌ ａｎｔｅｎｎａ ｗｉｔｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｆｒｏｍ ２～７ ＧＨｚ．Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ ｔＯ ｓｏｍｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｆｏｒ Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎ ｐｌａｎａｒ Ａｒｃｈｉｍｅｄｅａｎ ａｎｔｅｎｎａ．
点，电流节点，从而这种结构有一定的扼流作用。
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米德螺旋天线，给出的测试结果表明这类天线驻波带宽 （ＶＳＷＲ＜２）可以达到８倍频程以上；方向图在低端３ ｄＢ 宽度（半功率宽度）较宽，随频率的增加逐渐变窄；设计频 带内增益在２ ｄＢ左右；天线轴比在３ ｄＢ以内，且越到高 端，轴比越大，圆极化性能越差。
２结 语
本文仿真并设计了带宽为２～７ ＧＨｚ的平面双臂阿基
图４测试得到的方向图曲线
图５增益曲线
图６天线轴比 参考文献 ［１］康行健．天线原理与设计［Ｍ］．北京：国防工业出版社，１９９５． ［２］Ｆｏｓｔｅｒ Ｐ Ｒ，Ｓｏｅ Ｍｉｎ Ｔｕｎ．Ａ Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｂａｌｕｎ Ｆｒｏｍ Ｃｏａｘｉａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｏ ＴＥＭ Ｌｉｎｅ．Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏ．４０７，ｌＥＥ， １９９５：２８６—２９０． ［３］陈小娟，袁乃昌．平面螺旋天线的设计与实现口］．雷达与对 抗，２００４（４）：３１—３３．
图２ Ａ／４扼流套式平衡器
１．３输入阻抗匹配设计 由阿基米德螺旋天线的辐射机理可知，要保证辐射为
轴向辐射，辐射场为圆极化，必须要求等辐反相对其馈电， 即要求平衡馈电，而同轴线是不平衡馈电系统，所以应在 馈电端与天线之间加一个不平衡至平衡的变换器，即巴 伦。宽频带的同轴线到微带线的转换巴伦通常采用锥削 巴伦［２］，驻波带宽可以达到８倍频程以上，但是这种巴伦 不易于加工，并且在巴伦变换段出现了射频泄漏，会影响 天线的方向图，本文采用一种窄带的匹配口］，采用了空心 的同轴变换段代替巴伦，这种结构带来了馈电不平衡等影 响，但是加工实验方便，前期设计时可以采用。
作者简介 易礼智 男，１９８０年出生，湖南涟源人，教师．主要从事自动检测与控制技术方向的研究。
１０９
万方数据
宽带平面螺旋天线的研究与设计
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)：
易礼智， YI Lizhi 湖南工程职业技术学院,湖南,长沙,410151
现代电子技术 MODERN ELECTRONICS TECHNIQUE 2008,31(11)
参考文献(3条) 1.康行健 天线原理与设计 1995 2.Foster P R.Soe Min Tan A Wideband Balun From Coaxial Line To TEM Line 1995
3.陈小娟.袁乃昌 平面螺旋天线的设计与实现[期刊论文]-雷达与对抗 2004(04)
本文链接：/Periodical_xddzjs200811037.aspx
收稿日期：２００７—１０一１９ １０８
万方数据
度ｈ一１ ｍｍ，这样天线的输入阻抗约为ｚ０—１１２．６ Ｑ。天 线外圈周长必须大于１．２５倍Ａ。。，馈电点问距必须小于 ２ｍｉ．／４。
图１ 阿基米德螺旋天线 １．２ 背腔设计
要获得单向辐射，需要用到反射腔，也可以在背腔内 填充吸波材料，考虑到增益，本文腔体内部不填充吸波材 料，而直接采用Ｍ４扼流套作为背腔。其基本结构如图２ 所示，在同轴线外部加上一个长度为Ａ／４的金属套，底端 与同轴线外皮短接，该金属套与同轴线的外导体构成一个 特性阻抗为Ｚ的新同轴线Ｌ，且终端短路。易知，终端短 路的３．／４长的同轴线有开路效应即从Ｌ顶端向下看去，特 性阻抗为ｚｆ的同轴线的输入阻抗为无穷大，也就是说如 果在该段传输线上有电压电流分布，则最顶端为电压腹
了２～７ ＧＨｚ范围内的宽频带平面螺旋天线。理论分析和仿真实验结果表明，对改善平面螺旋宽带天线的性能有一定的工 程参考价值。
关键词：阿基米德螺旋天线；宽频带；固极化性；巴伦
中图分类号：ＴＮ８２
文献标识码：Ｂ
文章编号：１００４—３７３ｘ（２００８）１１—１０８—０２
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｐｌａｎａｒ Ｓｐｉｒａｌ Ａｎｔｅｎｎａ
本文针对空心同轴段长度及基板厚度做过实验，分别 测试对天线输入驻波的影响。空心同轴段取６～１０ ｍｍ， 介质基板厚度取０．５～１．５ ｍｍ，发现在空心段长为８ ｍｍ， 基板厚为０．５ ｍｍ时，驻波特性较好，驻波测试曲线如图３ 所示。在１～８ ＧＨｚ的宽频带内驻波都小于２，证明这种 窄带匹配还具有不错的效果。