-环天线与螺旋天线天线原理
螺旋天线综述
螺旋天线综述1 引言螺旋天线(ｈｅlical aｎｔenｎa)是用导电性良好的的金属做成的具有螺旋形状的天线。
螺旋天线具有圆极化，波束宽度宽的优点，因此被广泛在卫星通讯,个人移动通信中。
同轴线馈电是螺旋天线的常用馈电方式，可以采用底馈或者顶馈,此时同轴线的内导线和螺旋线的一端相连接,外导线则和接地板（金属圆盘或矩形板状等)相接，螺旋线的另一端是处于自由状态。
螺旋天线既可用做反射镜或透镜的辐射器,也可用做单独的天线(由一个或几个螺旋线组成）。
2 螺旋天线的发展螺旋天线的辐射能力是美国科学家JｏhnD．Ｋraus于194７年在实验中发现的,自此之后，螺旋天线以其在宽频带上具有近乎一致的电阻性输入阻抗和在同样的频带上按“超增益”端射阵的波瓣图工作特点很快在各领域得到了广泛的应用。
许多学者对螺旋天线的辐射特性进行了研究,给出了螺旋天线辐射设计多经验公式。
２0世纪７0年代,苏联科学家尤尔采夫和鲁诺夫对各种形式的螺旋天线进行了比较系统的理论分析和设计研究。
此后各国学者进行了这方面的研究,延伸出了很多变种，尤其是四臂螺旋天线因其高增益,方向性好,圆极化的特点，得到了深入的发展和实际应用，如图1所示。
200８年弗吉尼亚大学的Ｗarren Stｕtzmaｎ教授制成了一种六臂螺旋天线,如图2所示。
天线实现了几乎最优化的UＷB性能,通过采用围绕一个金属中心核而卷绕的臂来维持与臂之间相对不变的距离，几乎完整的利用了天线罩内的整个三维空间。
该天线具有１0:1的瞬间带宽,它可以被用于频域、多带宽、多信道应用以及时域或脉冲应用。
在低成本的应用中，该设计可以被蚀刻在天线罩的内部，或由曲线或曲管构建。
图１图2３螺旋天线的分类及特性螺旋天线可分为立体螺旋天线（heｌical anｔｅnnａ）和平面螺旋天线(ｓpｉraｌantennａ）。
立体螺旋天线根据绕成的形状的不同,又可分成圆柱形螺旋天线、圆锥形螺旋天线等等。
圆锥形螺旋天线又称为盘旋螺线型天线，可同时在两个频率工作。
各种天线概念解析螺旋天线是一种具有螺旋形状的天线它由导电
各种天线概念解析是一种具有螺旋形状的天线。
它由导电性能良好的金属螺旋线组成，通常用同轴线馈电，同轴线的心线和螺旋线的一端相连接，同轴线的外导体则和接地的金属网（或板）相连接。
螺旋天线的辐射方向与螺旋线圆周长有关。
当螺旋线的圆周长比一个波长小很多时，辐射最强的方向垂直于螺旋轴；当螺旋线圆周长为一个波长的数量级时，最强辐射出现在螺旋旋轴方向上。
全向天线，即在水平方向图上表现为360°都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，一般情况下波瓣宽度越小，增益越大。
全向天线在移动通信系统中一般应用与郊县大区制的站型，覆盖范围大。
所谓机械天线，即指使用机械调整下倾角度的移动天线。
所谓电调天线，即指使用电子调整下倾角度的移动天线。
移动基站BTS用的一种收发天线.也就是收发到用户(手机)的天线。
在各个方向上均匀辐射或接收电磁波的天线，称为不定向天线，如小型通信机用的鞭状天线等。
是由彼此成一角度的两条导线组成，形状象英文字母V的一种天线。
其结构如图4所示，它的终端可以开路，也可以接有电阻，其电阻的大小等于天线的特性阻抗。
V形天线具有单向性，最大发射方向在分角线方向的垂直平面内。
它的缺点是效率低、占地面积大。
介质天线是一根用低损耗高频介质材料（一般用聚苯乙烯）作成的圆棒，它的一端用同轴线或波导馈电。
图15所示的天线是用同轴线馈电的棒状介质天线。
图中1是介质棒；2是同轴线的内导体的延伸部分，形成一个振子，用以激发电磁波；3是同轴线；4是金属套筒。
套筒的作用除夹住介质棒外，更主要的是反射电磁波，从而保证由同轴线的内导体激励电磁波，并向介质棒的自由端传播。
介质天线的优点是体积小，方向性尖锐；缺点是介质有损耗，因而效率不高。
在一块大的金属板上开一个或几个狭窄的槽，用同轴线或波导馈电，这样构成的天线叫做开槽天线，也称裂缝天线。
为了得到单向辐射，金属板的后面制成空腔，开槽直接由波导馈电。
天线 结构 分类
天线结构分类天线是一种用于接收和发送无线信号的装置，广泛应用于通信、广播、雷达等领域。
根据其结构和工作原理的不同，天线可以分为多种类型。
本文将从天线结构的角度介绍几种常见的天线分类。
一、按天线结构分类1. 线性天线线性天线是最常见的一种天线，其结构通常由一根导体构成，如直线天线、折线天线等。
直线天线是最简单的一种天线，常见的有偶极子天线、单极子天线等。
折线天线则是由多段导体组成，可以增加天线的长度和增益。
2. 环形天线环形天线是由一个或多个环形导体构成的天线，如圆环天线、螺旋天线等。
环形天线具有较宽的工作频带和较好的方向性，广泛应用于通信和雷达系统中。
3. 阵列天线阵列天线是由多个天线元件组成的天线系统，可以通过控制每个天线元件的相位和振幅来实现波束的形成和指向性的控制。
阵列天线具有高增益、高方向性和抗干扰能力强的特点，被广泛应用于通信、雷达和卫星通信等领域。
4. 反射天线反射天线是通过反射器将无线信号聚焦到天线元件上的一种天线结构，常见的有抛物面天线、半波子天线等。
反射天线具有较高的增益和较好的方向性，被广泛应用于卫星通信和雷达系统中。
5. 型宽天线型宽天线是一种具有较宽工作频带的天线，常见的有短偶极子天线、螺旋天线等。
型宽天线具有较好的频率响应和宽带性能，在通信和雷达系统中得到广泛应用。
二、不同结构天线的特点和应用1. 线性天线通常具有较简单的结构和较低的成本，适用于短距离通信和移动通信系统中。
偶极子天线常用于无线电通信、电视和移动通信系统。
2. 环形天线由于其较宽的工作频带和较好的方向性，适用于多频段通信和雷达系统中。
圆环天线常用于电子对抗和无线电测向系统。
3. 阵列天线由于其高增益和抗干扰能力强的特点，适用于远距离通信和雷达系统中。
阵列天线常用于卫星通信、雷达和无线电测向系统。
4. 反射天线由于其较高的增益和较好的方向性，适用于卫星通信和雷达系统中。
抛物面天线常用于卫星通信和微波通信系统。
最新螺旋天线原理简介
一般成品螺旋天线都用导电性能良好的金属线绕成并密封好。
其工作原理下：图1 所示一般天线结构示意图。
D是螺旋天线直径，L是螺旋天线长度，ρ是螺距，Ⅰ、Ⅱ是螺旋线上相对应两点。
一般可以认为，电磁波沿金属螺旋线以光速C作匀速运动。
从Ⅰ点到Ⅱ点即进行一个螺旋，所需时间为t = πD/C而对螺旋天线而言，其轴向电磁波只运动行进了一个螺距ρ，其轴向等效速率υ=ρ/t=ρ/C(πD)这种关系也可用图2形式解释。
由图2可知：υ=Csinθ=Cρ/（πD）≤C由上式可以看出，υ总是小于等于C的。
故螺旋天线能使电磁波运动速度减慢，是一个慢波系统，其等效波长λ等效小于工作波长λ。
对于螺旋天线而言，应谐振于其1/4等效波长，因而能缩短螺旋天线的几何长度。
对于工作于一定中心频率的通讯机来说，其所需绕的线圈数N可以由下式近似算出：螺距：υ=L/N所需金属线长度：ι=NπD工作总结-财务处长个人工作总结[工作总结-财务处长个人工作总结]工作总结-财务处长个人工作总结（范文）工作总结-财务处长个人工作总结2009-07-06 11：52财务处长个人工作总结光阴似箭、岁月如梭，转眼之间一年过去了，新的一年已经开始，工作总结-财务处长个人工作总结。
回顾一年来的工作，我处在局党组和*局长的正确领导下，在各兄弟处室和同志们的大力支持和积极配合下，全处上下团结奋进，开拓创新，圆满地完成了全年的各项工作任务。
现将主要情况汇报如下：一、加强政治业务学习，努力提高自身素质。
我深知作为财务处长，肩负的任务繁重，责任重大。
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因此我始终把学习放在重要位臵。
一是认真学习党的"十六大"和十六届三中全会精神，特别是重点研读了胡锦涛总书记在"三个代表"重要思想理论研讨会上的讲话。
通过认真研读、冷静思考，使我充分理解了"三个代表"重要思想是我们党立党之本、执政之基、力量之源的深刻内涵；深刻认识了"发展是执政兴国第一要务"的精神实质。
天线设计的原理与实现方式
天线设计的原理与实现方式天线是电磁波收发的关键部件，是无线通信中不可或缺的重要元件，不同的天线设计可以实现不同的工作频率、增益、方向性、天线匹配等性能。
本文将介绍天线设计的原理和实现方式，帮助读者更好地理解天线的工作原理和参数设计。
一、天线设计的基本原理天线是将电磁波转换为电信号或反之的电器（电磁设备），它是无线通信系统中的关键部件之一。
天线设计基本原理包括天线性能指标和天线结构设计两部分。
1、天线性能指标天线的性能指标主要包括工作频率、增益、方向性、天线匹配等。
不同的天线类型和应用场景需要不同的性能指标来实现特定的功能。
（1）工作频率工作频率是指天线在工作中所应用的频率范围，通常为频段或中心频率等。
天线的设计要根据应用环境和所需要的信号频率来确定。
（2）增益增益是指天线辐射的功率与理想点源天线辐射的功率的比值，通常以dB为单位。
天线的增益与其结构形式、工作频率、方向性等有关。
（3）方向性方向性是天线传输能量的方向特性，是指天线辐射模式的立体角分布。
天线的方向性与其结构形式、工作频率、增益等有关。
（4）天线匹配天线匹配是指天线系统整体与其驱动器之间阻抗匹配的关系，使得天线系统的传输和接收线路具有最佳阻抗匹配状态，以提高天线的输出功率和信噪比。
2、天线结构设计天线结构设计是指天线的实现方式，包括天线结构形式、阻抗匹配方式、辐射元件、天线材料等方面。
（1）天线结构形式天线结构形式可以分为线性天线、环形天线、阵列天线、反射天线、补偿天线、微带天线、偏振天线等多种形式，每种天线形式都有其特点，应根据具体要求来选择天线结构形式。
（2）阻抗匹配方式阻抗匹配方式主要有天线冷端阻抗、贴片阻抗、隔离光缆、转换器和偶合电路等多种方法。
（3）辐射元件天线的辐射元件包括天线辐射体、驱动器和辅助元件等。
辐射体和驱动器是天线最基本的组成部分，辅助元件包括反射盘、支撑杆、防射线等。
（4）天线材料天线材料主要包括导体、绝缘材料、衬底材料等。
天线8.2_行波天线与螺旋天线
0 m
kl cos 0
kl kl (1
2l
) kl 0
(8―8)
即长对角线方向上导线1、2的合成场同相叠加。
再研究行波导线1和4，如图8―6（b），在长对角线方
向 上 射 线 行 程 差 引 起 的 相 位 差 ΔΨr=0 ， 电 流 相 位 差 ΔΨi=π，电场极化相位差ΔΨE=π，因此总相位差ΔΨ=2π。
240 200 160 120 80 40 0 0 1 2 3 l / 4 5 6
Rr /
图 8―3
D 10lg
l
5.97 10lg(lg
l
0.915)dB
(8―5)
8.2 菱形天线 1. 菱形天线的结构和工作原理
为了增加行波单导线天线的增益，可以利用排阵 的方法。用4根行波单导线可以构成如图8―4所示 的菱形天线(Rhombic Antenna)。菱形天线水平地 悬挂在四根支柱上，从菱形天线的一只锐角端馈 电，另一只锐角端接一个与菱形天线特性阻抗相 等的匹配负载，使导线上形成行波电流。菱形天 线可以看成是将一段匹配传输线从中间拉开，由 于两线之间的距离大于波长，因而将产生辐射。 菱形天线广泛应用于中、远距离的短波通信，它 在米波和分米波也有应用。
H
4sin 0
(8―11)
使第二个因子为最大的条件是 sin［kl(1-sinΦ0cosΔ0)/2］=1， 即天线每边长度 l 2(1 sin 0 cos 0 )
使第一个因子为最大的条件是
d 8cos 0 ( )0 d 0 1 sin 0 cos 0
菱形天线一般有 30% ～ 40 ％的功率消耗在终端 电阻中，特别是作为大功率电台的发射天线，
天线线圈的原理
天线线圈的原理
天线线圈是一种用于接收或发送无线电信号的装置。
它通常由导电材料制成，如铜线或薄铝材料。
天线线圈的工作原理基于电磁感应。
根据法拉第电磁感应定律，当一个导线放置在一个变化的磁场中时，导线两端会产生感应电动势。
这个原理也适用于天线线圈。
当线圈周围存在一个变化的磁场时，由于磁场的作用，线圈两端会产生感应电动势。
这个感应电动势可以用来接收或发送无线电信号。
为了增强天线线圈的接收或发送能力，通常会采用共振的原理。
当天线线圈的电感和电容能够达到共振频率时，它的接收或发送效果会达到最佳状态。
这种共振频率通常是根据天线的尺寸和形状来确定的。
天线线圈的设计也会考虑信号的频率范围。
不同的天线线圈适用于不同的频率范围。
例如，短波天线线圈适用于较低的频率范围，而微波天线线圈适用于较高的频率范围。
此外，天线线圈的形状和结构也会影响其性能。
例如，螺旋线圈天线可以增加接收或发送的方向性，而弹簧式线圈天线可以增加接收或发送的带宽。
综上所述，天线线圈的原理是基于电磁感应，通过接收或发送变化的磁场来产生感应电动势。
不同频率范围和不同形状的天线线圈可以提高接收或发送的效果。
11-行波天线与平面螺旋天线 天线原理
当主瓣关于Z轴旋转对称，最大辐射角是L的函数
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0.371 m cos (1 ) L/
1
随着L的增加，行波和驻波天线的波束最大值彼此
接近，不同的是驻波天线在反方向出现第二个主波 束，即在180-θm，因为驻波有反射波。
菱形天线广泛应用于广播、短波通信和超短波散
射通信。
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Beverage天线
考虑了地面的影响的行波天线称为Beverage天线，
方向函数为:
F ( ) K sin
sin L / 2(1 cos) ( L / 2)1 cos
K为归一化常数
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或B天线。 高度h远小于波长，天线长度通常在L=2-10之间。 可以把B天线及其在有耗地面中的镜像看作为不平 衡传输线，不平衡传输线可以辐射。
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当L= nλ(n=4、8)时行波单导线的方向图
简述阿基米德螺旋天线的工作原理(一)
简述阿基米德螺旋天线的工作原理(一)简述阿基米德螺旋天线的工作引言阿基米德螺旋天线是一种常用于通信与雷达应用中的天线设计。
它以古希腊数学家阿基米德的名字命名，因为其形状类似于阿基米德螺线。
本文将从浅入深地解释阿基米德螺旋天线的工作原理及其应用。
1. 阿基米德螺旋天线的定义阿基米德螺旋天线是一种空心的金属螺旋线圈。
它通常是由导体制成，例如铜导线或印刷电路板。
阿基米德螺旋天线的形状是一个螺旋状结构，其中导线按照螺旋线的规律布置。
2. 工作原理阿基米德螺旋天线的工作原理基于电磁辐射和接收的原理。
当电流通过螺旋线圈时，会在空间中产生电磁场，并以无线电波的形式辐射出去。
同时，当无线电波传播到天线附近的时候，阿基米德螺旋天线也能够将其接收并转换成电流。
下面通过以下几点来解释阿基米德螺旋天线的工作原理：•螺旋结构：阿基米德螺旋天线的螺旋结构决定了它在接收和发射无线电波时的特性。
螺旋线圈的电流按照一个规律布置，使得电磁波能够以一种螺旋的形式在空间中传播。
•构造设计：阿基米德螺旋天线的导线长度、半径、线宽和螺旋的方向都会对其工作特性产生影响。
合理的设计可以使得天线在特定的频率范围内具有较好的工作性能。
•辐射和接收：当电流通过螺旋线圈时，会在空间中产生电磁场，并以无线电波的形式辐射出去。
这些电磁波可以穿过空间传播，达到通信或雷达的目标。
同时，当无线电波传播到螺旋线圈附近时，阿基米德螺旋天线会感应到电磁波的电场和磁场，并将其转换成电流。
3. 应用领域阿基米德螺旋天线在通信和雷达领域有广泛的应用，其中包括但不限于以下几个方面：•通信系统：阿基米德螺旋天线常被用作无线通信系统的发射和接收天线。
其特殊的辐射和接收特性使得其可以在特定频率范围内具有较高的增益和方向性。
•雷达系统：阿基米德螺旋天线也被广泛应用于雷达系统中。
通过根据雷达工作频率设计合适的螺旋结构，可以实现在特定方向上的辐射和接收，从而提高雷达系统的性能。
•天线阵列：多个阿基米德螺旋天线可以组成天线阵列，用于形成波束和进行方位解析。
手机PIFA天线原理
手机天线常用三种：1：螺旋天线，以前常用，突出一个头的外置，现在很少见。
2：PIFA天线，最常用的主流天线，NOKIA等常用3：单极性天线，主要在MOTO V3、V6上使用本文主要讲解第二种类型，PIFA天线。
PIFA天线，大家首先碰到的第一个问题就是，馈点2与地馈点怎么是短路的，注意看下图，2，3脚是短路的。
在很多人脑子中，螺旋天线和单极性天线比较好理解，就是1/4波长原理，其中一个馈点就是螺旋或者单杆，另外一极就是地了，他们的场结构非常简单，如下图，就是，可以简单等效为一个LC谐振回路，其中C特别小，一个一个的谐振回路耦合上去，最后电磁场释放到外部。
那么PIFA天线对应的模型应该是如何的，如何解释馈点与地的短路，这个对射频，尤其是天线设计者来说，是很重要的，理解了这个，他们就可以摆脱机械的操作。
说实在，现在的天线设计者，绝大部分对天线一无所知，除了几个指标，比如驻波系数比，功率等级，方向性等。
其他的就是实验，按模板不停的修改天线，直到出来效果即可，原理他们完全不懂。
PIFA天线等效图如上，由L2与C1构成一个偏向电容性的谐振，之后与L1电感谐振，这样大家就可以理解为什么馈点跟地看上去短路了一样。
说穿了，就是通过L1，L2，C1把传输线过来的能量升压到C1上，之后利用C1这个场空间把电磁场能量释放出去，所以对C1来说，必需要求上面的铜皮跟地之间有一定的高度，一般不小于7mm，最少不低于5mm。
为了提高天线频带，往往再引入C2，也就是第一个图上面的第一脚，也就是引入一个地，这样让电场有更广泛的辐射。
学员中小郭提出，为什么手机板短的信号一般不如手机板长的信号号，比如说有些手机板，之后5CM长，信号就不如11CM长的手机板天线更容易调试，这个其实可以用PIFA天线的场结构非常好的解释，因为手机板长的天线，C2范围特别宽，对应的电场波长也比较长，更容易辐射GSM 900MHz的信号出去。
此外小郭又提出，问什么PIFA天线稳定性好于单极性天线，但灵敏度低于单极性天线。
天线原理与设计—第四章环天线螺旋天线
4.2 螺旋天线
轴向模式的螺旋天线
电流沿整个螺旋天线近似为行波分布
4.2 螺旋天线
轴向模式的螺旋天线
A 到 D四部分的垂直分量为同相，水平分量相互抵消，因此辐射场为垂直（y）
向极化，四分之周期后，辐射场变为水平极化，因此，轴向模式螺旋天线的辐 射场具有圆极化特性
4.2 螺旋天线
轴向模式螺旋天线的工作特性
工作频带较宽，输入阻 抗近似为纯电阻
辐射场在轴向方向为圆 极化
4.2 螺旋天线
轴向模式螺旋天线的辐射方向图
(J. D. Kraus: Antenna)
4.2 螺旋天线
轴向模式螺旋天线的主瓣宽度与圈数和周长关系
4.2 螺旋天线
轴向模式螺旋天线的增益与圈数和周长的关系
4.2 螺旋天线
轴向模式螺旋天线的应用：卫星通信
问题：怎么保证环上电流均匀同相
4.1 环天线
环天线的辐射电阻
周长10λ的圆环的辐 射电阻大约为6000������
4.1 环天线
方向性系数D
4.2 螺旋天线
螺旋天线由美国俄亥俄州立大学 教授J. D. Kraus 1947年首先提出。
4.2 螺旋天线
4.2 螺旋天线
法向模式的螺旋天线
尺寸远小于波长，可近似认为电流 振幅和相位沿全长都是同相的。 一圈螺旋可近似为小电流环和电偶 极子的叠加。 对于法模螺旋天线，由于D<<λ, 辐射近似为垂直极化波。
四、环天线、螺旋天线
4.1环天线
电小环辐射场
a<<λ
4.1环天线
电偶极子和小电流环
方向图与电流源形状一 致，极化相位正交
4.1 环天线
对于一定尺寸的环，假 设环上电流均匀同相， 根据矢量磁位，可以算 出远场
10-环天线与螺旋天线 天线原理
有三种椭圆极化波的情况：
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E 0, AR ，辐射垂直极化波 E 0, AR 0 ，辐射水平的线极化波 E E ，圆极化波，条件为
D 2S
对于法向模螺旋天线，由于 D
了圆环、等效方环、 /2折合振子。所有这些天线 接近谐振，辐射电阻为200~300欧，将环置于接地 平面前 /10处，辐射电阻为50欧，电抗为0，采用 50欧同轴馈电，试求这些环天线的方向性。
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环天线的辐射电阻
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n a Rr 31171 2 , C 5 Rr 3720a / , C 5
2
2
n为环的圈数
对周长为10倍波长的
圆环辐射电阻近似为 6000欧。
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，故轴比很
大，辐射近似为垂直极化波。
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D 12.45，或 11dBi
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16-圆极化天线 天线原理
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GPS卫星
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四臂螺旋天线方向图
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适当选择螺旋参数，使A1=A2，则四臂螺旋的总 辐射场为
E E12 E34 Ae jkr (1 cos )e j E E12 E34 Ae jkr (1 cos )e j(90)
显然，满足圆极化天线的条件。
四臂螺旋天线的方向图为一心脏形波束，辐射最 大指向于天线轴向(=0o)，且与无关，具有十分 优良的圆对称性，即使在低仰角区四臂螺旋天线 仍可达到卫星定位导航对天线增益要求。
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在空间域，电场在任一时刻在空间所形成的螺线 的旋向，正好与时间域定义的圆极化波随时间的 旋向是相反的。
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因此，实现圆极化天线的方式可以有两类： （1）环形电流 （2）两个正交放置的线电流，只要两个线电流等 幅、 相位差900 。
实现相位差900可以通过双馈电结构实现，也可以 通过单馈电自相移结构实现。
最常用的圆极化天线是单绕轴向模螺旋天线，前 面已有介绍。
天线的工作原理
天线的工作原理天线是用来接收或发送无线电波的设备，它的工作原理是基于电磁感应和辐射的原理。
在无线电通信中，天线起着重要的作用，它负责将传输的信号进行辐射和接收，从而实现无线通信。
首先，天线的工作原理涉及到电磁感应。
当一根导体处于变化的磁场中时，会在导体两端产生电势差，这个现象就是电磁感应。
天线中的导体就是这个感应的对象，当无线电波穿过天线时，天线内的导体会受到无线电波的作用而产生电势差。
其次，天线的工作原理还涉及到电磁辐射。
当电流通过导线时，会形成一个辐射场，这个辐射场就是由电磁波组成的。
天线的导体通过电磁感应产生的电势差会导致电流在导线上流动，从而形成电磁波的辐射场。
天线的工作原理可以通过以下几个方面进行详细分析：1. 天线的接收原理当无线电波通过空间传播到达天线时，它会产生感应电流。
感应电流在导体中形成一个电势差，这个电势差就是电磁信号的模拟。
当天线的长度、形状和导体材料等因素与无线电波的频率匹配时，天线可以提取出无线电波中所携带的信息。
这个感应电流通过调谐器等电路进行放大和解调，最终将信息传递给接收设备。
2. 天线的发射原理当通过调谐器等电路将信息发送到天线时，电流会在导体中形成一个变化的电场。
这个电场经过放大和调制后，会产生电磁波的辐射。
天线的形状和长度等参数会决定辐射的方向性和辐射场的形状。
这样，电磁波就会以无线电波的形式传输到周围空间，并可以被接收设备接收。
3. 天线的增益原理天线的增益是指天线相对于理想天线的辐射功率的比值。
理想天线是指能够将所有的电磁波辐射出去的天线，没有损耗和反射。
实际天线由于受到许多因素的限制，辐射功率会有损耗和反射，从而降低了增益。
为了提高天线的增益，我们可以通过选择合适的天线形状、长度和导体材料等参数，以及使用天线阵列和反射器等技术手段来优化天线的性能。
综上所述，天线的工作原理是基于电磁感应和辐射的原理。
天线通过电磁感应产生的电势差来接收无线电波，并通过电磁辐射将信息传输出去。
$0第04章-常用线天线-4.7螺旋天线
3
圆极化波具有下述重要性质: (1)圆极化波是一等幅旋转场,它可分解为两正交 等幅,相位相差90°的线极化波; (2)辐射左旋圆极化波的天线,只能接收左旋圆极 化波,对右旋圆极化波也有相对应的结论; (3)当圆极化波入射到一个平面上或球面上时, 其反射波旋向相反,即右旋波变为左旋波,左旋波变 为右旋波.
s
q|θ=0°=1,即
c λ+s = c 1 l0
(3―2―4)
计算两相邻圈的轴向辐射场的总相差时将上式代入, 即得
ψ
∑
= β1l0c
s ) = 2π
(3―2―5)
21
式中,β1l0为相邻两圈之间电流相位差,ks为相邻两 圈之间射线行程差所产生的相位差.可见式(3―2―4) 也是保证各圈的辐射场能在轴向同相叠加的条件,即 满足普通端射阵条件.但这时的方向系数并不是最大, 按汉森-伍德耶特强方向性端射阵的条件,要在轴向有 最大方向系数,第一圈和最后一圈的场强应有一附加 相位差π,据此,相邻两圈的相位差应为
24
当然,在vφ1=vφ1opt时,不能保证圆极化的条件,不 过当圈数N较大时,式(3―2―4)和式(3―2―7)是 相差不大的.以上是轴向辐射状态的螺旋天线能在较 宽频带工作的重要原因. 根据大量测试可得出有关螺旋天线的方向系数, 波束宽度等经验公式.下面介绍工程上常用的估算公 式,这些公式适用于螺距角α=12°~16°,圈数N>3, 每圈长度l0=(3/4~4/3)λ.
17
当l0=(0.8~1.3)λ时,T1模占优势,T1模表示每圈螺 旋线的电流相位变化一个周期,这时T0模很快衰减, 天线上的电流接近行波分布,在天线轴向有最大辐射, 即本节所讨论的轴向模螺旋天线.当l0>1.3λ时,T2模 被激励起来,T2模表示在一圈螺旋线上有两个周期的 相位变化,随着l0/λ的增大,T2模取代T1模而占支配地 位,这时的方向图变为圆锥形,如图2―2 ― 21(c) 所示.
螺旋天线的仿真设计微波课设
螺旋天线的仿真设计微波课设简介本文是关于螺旋天线的仿真设计微波课设的报告，主要讲述了螺旋天线的基本原理、设计理论、仿真模型和实验验证。
螺旋天线是一种常见的微波天线，其特点是具有宽频带、高增益和环形辐射图等优点。
在通信、雷达、卫星等领域得到广泛应用。
本次课设的目的就是通过仿真设计一款螺旋天线，掌握螺旋天线的设计方法和仿真技术。
设计原理螺旋天线的结构是由两个相等直径的共面平面圆形线圈组成，中心为同一轴线，相互平行，以同一角速度反向电流通入。
当通电后，平面线圈间的气隙产生交变磁场，电磁波通过该磁场辐射，并且因为电流相反极性和相邻线圈间相位差异，导致了圆极化辐射。
通常情况下，螺旋天线的圆极化为右旋极化。
设计理论本次课设采用的是单臂螺旋天线，其电磁性能主要由以下参数决定：螺距螺距是指螺旋线圈上两个相邻回路之间的垂直距离。
螺距越大，天线的工作频率越低，增益也越低。
相反，螺距越小，天线的工作频率和增益也越高。
匝数匝数是指螺旋线圈上电流通路的总数。
匝数越多，天线的工作频率和增益也越高。
直径直径是指螺旋线圈轴线上的两个相邻线圈之间的距离。
直径越小，天线的工作频率越高，增益也越高。
间隔间隔是指螺旋线圈上每个回路的直接相邻回路之间的距离。
间隔影响螺旋天线的的工作带宽和辐射方向图。
仿真模型本次课设采用的是CST Studio Suite软件进行仿真设计。
具体流程如下：建立模型首先需要在CST软件中建立螺旋天线模型。
具体处理如下：1.以XY平面建立直径为10mm的圆形线圈。
2.以相同的直径在Z方向上建立若干个圆形线圈，其中螺距、匝数、直径、间隔等参数可以根据实际需求进行设置。
3.在螺旋线圈的两端分别接上竖直的延伸导线，作为馈电点和接收点。
设定边界条件在完成螺旋天线的建立模型后，在设置墙面边界条件、仿真频段和网格尺寸等参数，以便进行计算分析。
仿真计算最后就可以对螺旋天线进行仿真计算。
在CST软件中，可根据要求求得天线的增益、方向图、驻波比等参数，进而进行结果分析和比较，找出最优解。
螺旋天线的分析
黄冈师范学院本科生毕业论文题目：螺旋天线的分析专业年级：电子信息工程（2008级）学号：学生姓名：指导教师：论文完成日期2012 年 5 月郑重声明本人的毕业论文是在指导老师的指导下独立撰写并完成的。
毕业论文没有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权行为，如果有此现象发生，本人愿意承担由此产生的各种后果，直至法律责任；并可通过网络接受公众的查询。
特此郑重声明。
毕业论文作者（签名）：______年月日目录摘要 (I)ABSTRACT (Ⅱ)1、绪论 (1)1．1螺旋天线的发展历史 (1)1．2螺旋天线发展前景 (2)2、螺旋天线的原理 (3)2.1相关背景与技术 (3)2．1.1 相似原理 (3)2．1.2 非频变原理 (4)2．1.3 螺旋天线工作原理 (4)2.2螺旋天线的技术指标 (5)2.3螺旋天线原理和相关计算 (8)2．3.1 平面阿基米德螺旋天线的基本形式 (8)2．3.2 螺旋天线辐射原理 (9)2．3.3 螺旋天线的藕合原理 (10)3.1HFSS简要介绍 (13)3.2天线建模、仿真及结果分析 (13)3．2.1 螺旋天线HFSS仿真流程图 (13)3．2.2 天线仿真的参数结果和分析 (14)结束语 (20)参考文献 (21)致谢 (23)螺旋天线的分析专业：电信班级：作者：指导老师：摘要本文对螺旋天线的发展历史和前景作了简要介绍，并对螺旋天线的工作原理和分析方法作了概述，包括对天线进行分析的主要指标、计算公式，螺旋天线的各项参数。
针对平面阿基米德螺旋天线进行了详细分析和论述;同时针对该工作在2.4GHZ的阿基米德螺旋天线实体用ansoft hfss13.0软件进行仿真，探究了阿基米德螺旋天线参数对方向图、增益宽度、阻抗宽度、轴比宽度的影响,并且对仿真后的输入功率、净输入功率、辐射功率、辐射效率、方向性系数、最大增益、前后向比等进行分析。
关键词：螺旋天线阿基米德螺旋天线 hfss仿真功率辐射增益Analysis of the helical antennaSpeciality: Electronic & Information EngineeringClass: 0802 Author: Song Biao Tutor: Luo ChunyaAbstractThis article briefly introduced the history of the development and prospects of the spiral antenna, and spiral antenna works and methods of analysis are summarized. Analysis of the key indicators, including the antenna calculation formula, the parameters of the helical antenna, A detailed analysis and discussion of planar Archimedean spiral antenna. The work Archimedean spiral antenna entities in 2.4GHZ of by ansoft hfss13.0 software simulation. Explore the Archimedean spiral antenna parameters on the pattern, gain width, impedance width, the influence of the axial ratio of the width,And the Incident power after the simulation, the Acceptable power, Max U, radiation efficiency, directivity, maximum gain before and after analysis to the ratio. Keywords: Helical antenna Archimedean spiral antenna HFSS simulationPower Radiation Gain1、绪论1.1 螺旋天线的发展历史德国物理学家赫兹在1887年为验证英国数学家麦克斯韦预言的电磁波设计了第一个天线,其组成是两根30cm长的金属杆,杆的终端是两块40cm2 的金属板,采用火花放电激励电磁波,而接收天线刚是环天线。
第五讲-1-螺旋天线
实现22倍频
组合式螺旋天线
四臂螺旋天线相控阵列方案评估
2010.11
单螺旋天线阵（球舰通信）
1分8功分器 接口
GPS天线 接口A
电气接口 （N型阴头）
GPS天线 接口B
主瓣设计在正负60度的方向图及轴比图
四臂螺旋天线及阵列的设计（4）
半球形方向图及轴比图
复合螺旋天线的设计（1）
复合螺旋天线HFSS设计及实物
复合螺旋天线的设计（2）
复合螺旋天线HFSS三维仿真效果图
复合螺旋天线的设计（3）
天线方向图及轴比图
背馈式印刷四臂螺旋卫星导航天线(4)
天线仿真模型与实物图片
Beijing Institute of Technology
实验天线的测试结果
天线测试结果
Beijing Institute of Technology
实验天线的测试结果
天线测试结果
Beijing Institute of Technology
小型化超宽带圆极化组合天线
2010.10~2010.11
产生圆极化锐波束辐射。
单螺旋天线的设计（1）
轴向辐射单螺旋天线HFSS建模 轴向辐射单螺旋天线实物照片
单臂螺旋天线
2010.03~2010.04
单螺旋天线的设计（2）
单螺旋天线HFSS三维仿真效果图
单螺旋天线的设计（3）
半球形辐射方向图
单螺旋天线的设计（4）
蝴蝶形辐射方向图
单螺旋天线的设计（5）
第五讲、螺旋天线
单位：北京理工大学信息科学技术学院 微波技术研究所
报告人：刘 埇
主要内容
螺旋天线历史 单螺旋天线 双螺旋天线 四臂螺旋天线 复合螺旋天线 参考文献
螺旋天线
立体螺旋天 线
一般，平面螺旋天线在后面添加背腔来提高增益
螺旋天线 示意图 阿 基 米 德 螺 旋 天 线 等 角 螺 旋 天 线
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ圆锥螺旋天线
螺旋天线 特性
输入阻抗 近似为纯 电阻
最大辐 射方向 沿轴向
宽频带 特性
输入阻抗 变化平缓
辐射场是 圆极化波
电流按 行波分 布
螺旋天线 应用
利用良好的方向性和宽带特性
螺旋天线
螺旋天线 内容
螺旋
天线
圆锥对数 螺旋
天线
螺旋天线 发展历史 1947年,美国科学家 John D . Kraus 在实验中发 现螺旋天线的辐射能力
由于其宽带特性，得到广泛应用。天线形式由 平面螺旋天线，发展出圆柱、圆锥螺旋天线等
越来越多的研究集中在如何调节圆锥和螺旋 线尺寸，从而实现其性能的最优化上 。
螺旋天线 结构
• 把金属导线按一定 的间距曲绕成螺旋 形状，并用绝缘材 料支杆沿螺旋的轴 向方向把线圈支撑 起来，螺旋的一端 与发射机的输出端 连接，另一端开路， 就构成了螺旋天线。
螺旋天线 分类
螺 旋 天 线
平面螺旋天 线
等角螺旋天 线
阿基米德螺 旋天线 圆柱螺旋天 线 圆锥螺旋天 线
结构 上有 单臂/ 双臂/ 四臂 之分
• 用于宽带和超宽带通信,如电视/GPS定位/雷达/卫 星通信
利用良好的空气动力学特性
• 用于火箭、飞机、导弹的前端
圆锥螺旋天线
圆锥对数螺旋天线 几何结构
圆锥对数螺旋天线 频率改变
圆锥对数螺旋天线 螺旋线包角改变
圆锥对数螺旋天线 圆锥半张角改变
圆锥对数螺旋天线 仿真结果分析
• 仿真结果表明：圆锥对数螺旋天线方向图的 主瓣随频率变化不大，但是 在低频端可能会 有较强副瓣。而螺旋线缠绕紧密程度和圆锥 半张角对天线方向图有较大影响： • 增加螺旋线包角 (即缠绕更紧密)时，天线方 向性更好 ； • 在不增加螺旋圈数的前提 下，圆锥半张角过 大或过小，天线的前向方 向性都不好，需要 经过优化，才能得到理想的方向图。
天线第十讲-对数周期天线与螺旋天线20150512
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主振子前较短的振子相当于引向器，经过交叉馈
电后，电流相位超前于主振子。可见辐射区的振 子构成了引向天线，最大辐射方向指向馈电端。
对数周期天线的输入阻抗：
由于有效区的有效辐射，传输线上能量反射很小。因
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此，对数周期天线的输入阻抗近似等于连接各振子的 传输线的特性阻抗：
Zin ZC L / C 120ln d / a
由于传输区非辐射振子的电容加载效应，等效传输线
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对数周期天线的宽带原理 我们知道，在很宽频段内，天线的电长度l/如果保 持不变，则必然为非频变天线。 对数周期天线满足 ln1 / ln ，如果工作波长也满 足 n1 / n ， 或工作频率满足 f n1 / f n 1/
则
1 4 tan
2
LPNA的设计参数是顶角 、几何因子
和间距因子 。三个参数中任意指定两 个，就可以确定第三个。 振子数为 ln lmin / lmax
n 1
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ln
1
天线的馈线
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环天线的辐射电阻
Rr
31171
n a2 2
2
, C
5
Rr 3720a / ,
n为环的圈数
C 5
对周长为10倍波长的 圆环辐射电阻近似为 6000欧。
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对于一定尺寸的环，假设环上的电流均匀同相。
根据矢量磁位，可以求得均匀同相的环电流在远 区的辐射电场与磁场为
E
aI0
2r
e jr J1( a sin )
H
1
E
方向图函数
F( ) J1( sin ) J1(C sin ) C 2 a / 环周长的电长度
天线 Antennas
第10讲 环天线与螺旋天线
褚庆昕
华南理工大学电子与信息学院 天线与射频技术研究所 qxchu@
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10.1 圆环天线
前面的分析已经得到电小环的辐射场
E
IS r 2
sin e jr
H
IS r 2
sin e jr
1
E
场只与环的面积有关
a
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小环通常可用于测向，但方向图有2个零方向，会 造成180o的疑惑，若加一个接地平面，则会消除 这个疑惑。
[例10-2]将λ/10直径的环置于足够大的接地平面 λ/10处，可得如下的场方向图，在无耗情况下试 求该环的方向性及附有接地平面时的方向性.
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1阶贝塞尔函数曲线
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第10讲内容
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方向性D
D
2C [J12 (C sin )]max
2C 0
J2 ( y)dy
在小环的情况下
D
3 sin2
2
3 2
，C
1/
3
在大环情况下
D 0.68C，C 2
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环上的电流均匀同相 时，不同直径的圆环 天线的辐射方向图。
注意：极化与电偶极 子垂直。
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2
D 2 Rr /(Rr Rm ) sin(2 /10) 1.5 Rr为环的自电阻，Rm为两个环间的互电阻
Rr 197C4 1.92, Rm 1.6 D 12.45，或 11dBi
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为了保证大环上电流均匀同相，需要适当地设计 馈电电路。
【例10-1】 设计合适的馈电系统，使得下面两种不 同直径的环天线具有同相电流: 圆环直径 (a)；(b)0.212 (a) 同相且幅度按正弦 规律变化（近似均匀） 的电流，所有偶 极子 具有一对公共馈点。
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(b) 同相且幅度有 ±25%起伏的近 似均匀电流。 当直径小于0.1 时可视为基本同 相均匀的电流。
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解：对于孤立的环，D=1.5或1.76dBi 对附有接地面的环