螺旋天线的制作参数
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。
ref-螺旋天线设计-1
螺旋天线设计方案《一》1、螺旋天线图形及几何尺寸我们螺旋天线的结构参数：螺旋直径 d , 螺距s , 螺距角α, 螺旋一圈的平均周长l , 圈数N , 螺旋天线轴长L , 以及螺旋导线半径 a 。
各参数存在如下的关系：l 2=(πd 2+s 2-1α=t a n (d L =Ns在所设计的天线中结构尺寸如下：螺旋直径d =18. 6cm 螺距s =12. 9cm 螺距角α=12. 5 圈数N =5螺旋天线轴长L =64. 5cm 螺旋导线半径 a =0. 6cm 其结构模型如下图：图(1 螺旋天线结构图螺旋天线的辐射形式有三种:1法向模, 当螺旋直径与波长满足:d 螺旋轴线相垂直的平面内; 2 轴向模, 当dλ<0. 18时, 其最大辐射方向在与时, 最大辐射方向在螺旋轴线方向; 3 圆锥形辐λ≈0. 25~0. 46射, 当继续增大螺旋直径与工作波长的比值, 其辐射形状如一圆锥形. 本螺旋天线采取轴向模辐射。
2、馈源在该天线的溃入端所加入的是一个阻尼正弦波(damped sine wave，其表达式为其中 A =1波形如图(2f (t =A exp(-αt sin(2πftα＝-3. 5?107f =0. 5GHz1.00.5A m p l i t u d e0.0-0.5-1.0050100150200Time (ns Frequency 500MHz图(2 馈源波形（阻尼正弦波）其频谱图如图(3:605040M a g n i t u d e3020100.000.250.500.751.00Signal Frequency(GHz图(3 阻尼正弦波的频谱图我们从图(3里看到, 上述阻尼正弦波的频谱范围在0.4至0.6GHz 之间, 其频谱相当窄。
其能量主要分布在0.5GHz 这一频点上.3、仿真结果1）、入射端口的S 11圆柱形螺旋天线在轴向辐射状态下, 在天线上传输的是行波, 故其输入阻抗是纯阻抗, 克劳斯给出的经验公式是:Z in ≈140lλ所以天线的输入阻抗Z in =R in ≈140Ω.为了实现能量能从输入端经计算l ≈λ,较好的溃入, 现设计一特性阻抗为140Ω的同轴线. 根据同轴线特性阻抗计算公式, 即 Z in =60ln(a , 其中同轴线内半径啊a=0.6cm其外半径的尺寸b=6.2cm , 经优化选取.b=6.0cm.经过上述实现后, 该天线在输入端实现了交好的匹配, 实现在0.4至0.6GHz 频带上的电压驻波比VSWR<2.0.其S 11如下图所示.S 11曲线图从上图我们看到在0.3至0.4GHz 和0.6至0.7GHz 之间曲线上存在一些谐振, 至于如何而来我认为是天线结构上的问题, 但是在0.4至0.6GHz 之间S 11最大值出现在f =0. 54GHz 处, 其值S 11max =0. 29. 从该曲线图上明显的看出在0.4至0.6GHz 之间端口匹配良好, 所获得的阻抗带宽可达到40个百分比.2）、离天线辐射端口约一米处的辐射电场情况电场Ex 的波形图及其频谱图，如图（5）、（6）。
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。
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。
螺旋天线——精选推荐
一．课题要求技术要求：要求设计当频率f=2.45GHz、圈数N=6时，计算出螺旋天线的螺旋直径D、螺距S、螺距角α、一圈周长L、轴向长度A、螺旋线导线直径d、螺旋线至接地板的距离g、接地板直径G。
并对螺旋天线的法向模、轴向模、圆锥模的仿真，并得出天线的方向图及轴比图、反射系数、方向性系数、增益、输入阻抗、波瓣宽度（HPBW）二．课题背景螺旋天线是由螺旋形的金属线作为辐射体，由于螺旋线缠绕的形状不同，包括圆柱螺旋、椭圆柱螺旋、圆锥螺旋以及球面螺旋等，其中轴向模是螺旋天线的一种重要的工作模式，该种模式主要产生沿着螺旋轴向的辐射，并且辐射的电磁波是圆极化波，所以广泛应用于卫星通讯中，近来随着移动通信的发展，为了获得大范围的稳定的无线局域网络覆盖，轴向模螺旋天线也被用作基站天线。
轴向模式工作的螺旋天线的输入阻抗在较宽频带（理论值接近2:1的频率范围）内近似是一个常数，约为140Ω，所以具有宽带阻抗特性。
通常螺旋天线的增益由螺旋圈数确定，在螺距一定的情况下，螺旋线越长天线增益就越高，但是当圈数过大时，增益提高的效果就不明显了，并且天线的制作也将变得十分复杂。
三．螺旋天线结构与几何特性螺旋天线是用金属导线或管做成的螺旋形结构，它通常用同轴电缆馈电。
同轴线的内导体与螺旋线的一端相连接；外导体可与作反射器用的金属板连接；也有其他的连接方法。
若螺旋直径是不变的，称为圆柱螺旋天线；螺旋直径是渐变的，称为圆锥螺旋天线，本项目仅讨论圆柱螺旋天线。
如图1所示。
图1 螺旋天线结构螺旋天线结构尺寸：螺旋直径D ；螺距S ；螺距角α，α=arctan(S /πD )；一圈周长L ，L =22(D)S π；圈数N ；轴向长度A ，A =NS ；螺旋线导线直径d ；馈电端螺旋线至接地板的距离g ；接地板直径G 。
螺旋天线的辐射特性基本上决定于螺旋的直径与波长之比D /λ。
当0.25<D /λ<0.46时，即螺旋一圈周长L 近似等于一个波长，最大辐射方向沿螺旋轴线，称为轴向模辐射；当D /λ<0.16时，最大辐射方向与螺旋轴垂直，而轴向几乎无辐射，称为法向模辐射；当D /λ>0.46以后，方向图就呈圆锥形，轴向辐射很弱，当D /λ≈2/π时，轴向辐射接近零，最大辐射偏离轴向，这种辐射称做圆锥模。
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。
制作一个简单的2.425GHzGHz螺旋天线概要
制作一个简单的ISM 无线电频段的2.425GHz 螺旋天线怎样制作一个简单的ISM无线电频段的 2.425GHz螺旋天线【ISM（Industry Science Medical）频段即工业科学医疗频段，该频段在美国不受FCC（美国联邦通信委员会）限制，属于工业自由辐射频段，频段范围为2.4GHz～2.4835GHz。
——译者注】引言As some of the readers may know, an effort by members of the Canberra Linux Users Group has been launched to set up a Canberra-wide wireless LAN. This amateur experiment's existence is largely due to the acquisition of many cut-price old style Lucent WaveLAN cards being superseded by the IEEE 802.11 standard cards. The cards were cheap but the tile antennas that came with them are no good for long haul links of more than several hundred metres. On top of this, commercial aerials that can do the job are expensive, can get rather large and are ugly, especially the conifers. My Mum would not want one on her roof. 正如很多读者都知道的，由于堪培拉Linux 用户集团的成员不懈努力的结果，已经创办起了堪培拉宽带局域网。
螺旋天线的制作参数
螺旋天线的制作参数螺旋天线的制作参数2009-08-01 20:01我在论坛上混了一段时间了，到目前仍然没有作为，惭愧呀，由于兴趣所在，我找了天线原理书籍，其中介绍的螺旋天线有明确的参数和方法，这里我就把书中的内容简单转述一下吧。
（高手就绕过吧）首先了解一些基础部分：1、我们的WLAN所使用的2.4GHz电磁波是行波，即电磁波的电场和磁场两者都与电波的传播方向相垂直。
2、我们的天线主要是利用电磁波中的电场分量来负载信息的正题：螺旋天线的制作参数我们制作螺旋天线是将铜丝绕着圆管一圈圈斜向上绕，角度绕过360度时算作是一圈，绕这一圈所使用的一匝铜线长度记为L，把上下相邻两圈的间距记作S，铜线形成的螺圈的实际半径记为R（就是PVC 管的半径+铜线的横切面半径)，用这个半径R算出来的圆周长记为O.（有些符合不知如何输入，我只好用文字，锻炼大家的理解和想象能力了）L: 螺线旋转一圈的长度，；S:上下相邻两个螺圈的距离R: 螺圈的半径（PVC管的半径+铜线的横切面半径）O：螺圈的周长（用R算出来的那个），对于波长和L长度的关系：（下面指的是比值）L/波长<0.5 ------------------------L小于0.5个波长，天线将工作于法向辐射模式L/波长=(0.8到1.3)-----------------L居于0.8个波长到1.3个波长之间，轴向辐射模式（我们需要的）L/波长>1.3 -----------------------L大于1.3个波长，圆锥辐射模式我们要的是轴向辐射模式L对应的是工作波长，对于行波L可以取值范围是0.8～1.3个波长，我们最好就直接用一个波长，即12.6CM 算了L 、S、O 三者的关系：L的平方=S的平方+O的平方L>S ; L>OS和O关系不定我们确定好L 长度之后，S 和O 是可以方便自定义的，这样我们可以去方便利用用不同口径的PVC管了理论是这样说的，我还没有亲自去试验呢...完整结构形象概样：1铜线绕在圆管上作为天线部分，圈数多点好；2 反射金属板（约一个波长直径的圆，形状其实无关，主要看面积）3 这两者不相接，相互距离尽量小些即可接线方式：将馈线接在铜线的一段，屏蔽层接反射板补充说明：1铜线绕多少圈及相应效果本书没有数据可查，我想至少要10多圈吧，可能是越多越好吧2通过L 、S、O 三者的关系，我们可以利用上多种口径的PVC 管，而不用拘泥了老外给出的数据了。
16螺旋天线
螺旋天线仅在轴向辐射圆极化波，在偏离轴线方向上辐射椭圆极化波。
右手绕制 从顶端往下看，电流 是逆时针流动
左手绕制 从顶端往下看，电流 是顺时
四、圆锥式螺旋天线
频带得以展开的机理： 类似对数周期天线“有效辐 射区”随频率变化而沿天线 轴移动的那样，低频时，直 径较大的那几个螺旋圈构成 有效辐射区，高频时，直径 较小的那几个螺旋圈构成有 效辐射区。当频率由小变大 时，有效辐射区朝顶端移动， 从而使圆锥式螺旋天线的频 带宽度展宽。
La : 天线轴长 N 3 15 : 匝数 A : 金属板半径
二 螺旋天线的辐射特性
a1 1
a1 (0.13 ~ 0.21)
a1 1
圆环的周长等于一个波长 线上载行波电流
N 个 平 面 圆 环 串 接 而 成
t1
Y
t2=t1+T/4
Y
A B C D
B
A
X
A B C D
园锥式螺旋天线 频带宽度可达 4：1
A2
A1
阿基米德螺旋天线
F1 F2
A2
A1
0
port
6 0 -6 -12 -18 270 -18 -12 -6 0 240 300
330
30
60
90
120
介质板
螺旋面
6
210 180
150
0 10 0 -10 -20 -30 -40 270 -30 -20 -10 0 10 210 180 150 240 120 300 60 330 30
螺旋天线的制作及其电气参数的分析
联 谐 振 。当 频 率超 过 ３ ＭＨｚ 以后 ，随着 输 入频 率 的 增 大 ， ｖ 。 。 趋 向于０ ｖ，此 时 阻抗 随频率 升高而 明显 地增 大 。
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ＣＤ Ｓ ｏｆ ｔ ｗ ａｒ ｅ ａｎｄ Ａｐｐｌ ｉ ｃａｔ ｉ ｏｎｓ
行 了验证 。因此 工作 在３ ０ ＭＨ ｚ 以内螺旋 天 线可 以采 用此 等 效 电路近似 代替 。
下转 第２ ３ 页》 》》 》》 》
短 的 时 间 内从 服务 管 理 的角度 对 整个 应用 系统 有 着较 为全
面 的 了解 。
２ ． ６ 服务 管 理规 划 与实施 。该部 分主 要 是对 服务 的组 织 、实施 以及 改善 服 务管 理流 程 ，对 整个 过程 中所 出现 的
点ａ 处 电压 峰峰值Ｖ 的变化 ，在 图５ 中得 到 了与 三个 线 圈类 似 的 频率 响应 曲线 ，进一 步 验证 了螺 旋 天线 等效 电路模 型 的准确 性 。
螺旋天线介绍
螺旋天线介绍由金属导线绕成螺旋形状的天线。
它由同轴线馈电，在馈电端有一金属板（图1）。
螺旋天线的方向性在很大程度上取决于螺旋的直径(D)与波长(λ)的比值D/λ。
当D/λ＜0.18时，螺旋天线在包含螺旋轴线的平面上有8字形方向图，在垂直于螺旋轴线的平面上有最大辐射，并在这个平面得到圆形对称的方向图。
这种天线称为法向模螺旋天线（图2a），用于便携式电台。
当D/λ＝0.25～0.46（即一圈螺旋周长约为一个波长）时，天线沿轴线方向有最大辐射，并在轴线方向产生圆极化波。
这种天线称为轴向模螺旋天线（图2b），常用于通信、雷达、遥控遥测等。
当D/λ进一步增大时，最大辐射方向偏离轴线方向（图2c）。
轴向模螺旋天线应用最广。
图1中，D为螺旋天线直径；S为螺距；l为一圈周长；n 为圈数；α为升角；L为轴线长。
它们的关系是l2＝(πD)2＋S2L＝nSα＝0的螺旋为平面上的单圈螺旋，取周长近似等于一个波长，并假定线上运载行波电流。
在某一瞬时线上是正弦电流分布（图3）。
在和x与y轴对称的任意四点A、B、C、D，电流存在下列关系：这些电流的方向相反，它们的作用彼此抵消，所以在z轴方向只有Ey分量起作用。
绕圈运载的是行波，电流沿线圈的分布将绕z轴旋转。
因此，在z轴方向的电场Ey也绕z轴旋转，于是在轴向产生圆极化波，并有最大辐射，故称为轴向模辐射。
这种天线具有圆极化辐射的特点，它的频带很宽，在1:1.7通频带内方向图变化不大，而且天线的输入阻抗几乎恒定，约为140欧。
朝辐射方向看，螺旋右绕产生右旋波，左绕产生左旋波。
为了进一步展宽频带，可将螺旋天线做成圆锥形（图4）。
法向模螺旋天线(D/λ＜0.18)实质上是细线天线，为了缩短长度，可把它卷绕成螺旋状。
因此，它的特性与单极细线天线（见不对称天线）相仿，具有8字形方向图，并且频带很窄，一般用作小功率电台的通信天线。
边射式螺旋天线是一种法向模螺旋天线。
它是在螺旋的中心轴线上放置一根金属导体，当螺旋一圈的周长l=Mλ(M=2，3，…整数)时，也在螺旋的法向产生最大辐射（图5）。
宽带天线-螺旋天线
螺旋天线
4.2 螺旋天线
4.2.1 螺旋天线的基本构成
螺旋天线是将金属导体（导线或管材）做成 的螺旋状的天线。
图4.8 螺旋天线
天线与电波传播
北京邮电大学
2
D -螺旋的直径； s -螺距；
l
--螺螺距旋角一， 圈的周tan长1(，slD)
；
( D)2 s2
s
；
N -圈数；
sin
h -螺旋的轴长，h Ns ；
(a)
图4.9
天线与电波传播
北京邮电大学
5
可将法向模螺旋天线看成是由N个合成单 元组成，每一个单元又由一个小环和一电 基本振子构成。由于环的直径很小，合成 单元上的电流可认为是等幅同相的。
图4.10法向模螺旋天线一圈的等效示意图
天线与电波传播
北京邮电大学
6
小环产生的远区电场只有E 分量，即
E
120 2 AI 2r
因而螺旋天线的绝对带宽可达
fmax 4 / 3 1.78 fmin 3 / 4
当 N 15 以后，随h增加， G 增加不明
显，所以圈数一般不超过15圈。为了提 高增益，可采用螺旋天线阵。
天线与电波传播
北京邮电大学
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对于一个设计良好的轴向模螺旋天线来说， 由于几乎是纯行波电流传输，所以输入阻 抗是纯电阻。
sin e jkr
A D2 / 为4 小环的面积
电基本振子的电场只有 E分量，即
E
j
60 sI r
sin e jkr
单个合成单元在空间产生的电场为二者之和
天线与电波传播
北京邮电大学
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电场分量比为
$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。
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。
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。
螺旋天线
四、设计要求设计一个右手圆极化螺旋天线，要求工作频率为4G ，分析其远区场辐射特性以及S11曲线。
本设计参数为： 螺旋天线的中心频率 f=2.5GHz ，λ=120mm ； 螺旋导体的半径 d=0.15λ=18mm ； 螺旋线导线的半径 a=0.5mm ； 螺距 s=0.25λ=24mm ； 圈数 N=7； 轴向长度 l=Ns=168mm ； 五、设计仿真步骤 在HFSS 建立的模型中，关键是画出螺旋线模型。
画螺旋线，现说明螺旋线模型的创建。
1、建立新的工程 运行HFSS ，点击菜单栏中的Project>Insert HFSS Design ，建立一个新的工程。
2、设置求解类型 （1）在菜单栏中点击HFSS>Solution Type 。
（2）在弹出的Solution Type 窗口中 （a ）选择Driven Modal 。
（b ）点击OK 按钮。
3、设置模型单位 将创建模型中的单位设置为毫米。
（1）在菜单栏中点击3D Modeler>Units 。
（2）设置模型单位： a 、在设置单位窗口中选择：mm 。
b 、点击OK 按钮。
4、设置模型的默认材料 在工具栏中设置模型的下拉菜单中点击Select ，在设置材料窗口中选择copper…………………………………装……………………………………订………………………………………线…………………（铜）材料，点击OK 按钮（确定）确认。
5、创建螺旋天线模型（1）创建螺旋线Helix 。
在菜单中点击Draw>Circle,输入圆的中心坐标。
X:18 Y:0 Z:0 ,按回车键结束。
输入圆的半径dX:0.5 dY:0 dZ:0 按回车键结束输入。
在特性（Porperties ）窗口中将Axis 改为Y 。
点击确认。
在历史操作树中选中该circle 。
在菜单键点击Draw>Helix ，在右下角的输入栏中 输入X:0 Y:0 Z:-12，按回车键结束输入；在右下角的输入栏中输入dX:0 dY:0 dZ;168；按回 车键；在弹出的Helix 窗口中，Turn Directions:Right Hand Pitch:24(mm) Tuns:7 ; Radius change per Turn:0点击OK 。
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螺旋天线的制作参数
2009-08-01 20:01
我在论坛上混了一段时间了，到目前仍然没有作为，惭愧呀，由于兴趣所在，我找了天线原理书籍，其中介绍的螺旋天线有明确的参数和方法，这里我就把书中的内容简单转述一下吧。
（高手就绕过吧）
首先了解一些基础部分：
1、我们的WLAN所使用的2.4GHz电磁波是行波，即电磁波的电场和磁场两者都与电波的传播方向相垂直。
2、我们的天线主要是利用电磁波中的电场分量来负载信息的
正题：螺旋天线的制作参数
我们制作螺旋天线是将铜丝绕着圆管一圈圈斜向上绕，角度绕过360度时算作是一圈，绕这一圈所使用的一匝铜线长度记为L，把上下相邻两圈的间距记作S，铜线形成的螺圈的实际半径记为R（就是PVC管的半径+铜线的横切面半径)，用这个半径R算出来的圆周长记为O.（有些符合不知如何输入，我只好用文字，锻炼大家的理解和想象能力了）
L: 螺线旋转一圈的长度，；
S:上下相邻两个螺圈的距离
R: 螺圈的半径（PVC管的半径+铜线的横切面半径）
O：螺圈的周长（用R算出来的那个），
对于波长和L长度的关系：（下面指的是比值）
L/波长<0.5 ------------------------L小于0.5个波长，天线将工作于法向辐射模式
L/波长=(0.8到1.3)-----------------L居于0.8个波长到1.3个波长之间，轴向辐射模式（我们需要的）
L/波长>1.3 -----------------------L大于1.3个波长，圆锥辐射模式
我们要的是轴向辐射模式
L对应的是工作波长，对于行波L可以取值范围是0.8～1.3个波长，我们最好就直接用一个波长，即12.6CM 算了
L 、S、O 三者的关系：L的平方=S的平方+O的平方
L>S ; L>O
S和O关系不定
我们确定好L 长度之后，S 和O 是可以方便自定义的，这样我们可以去方便利用用不同口径的PVC管了
理论是这样说的，我还没有亲自去试验呢...
完整结构形象概样：1铜线绕在圆管上作为天线部分，圈数多点好； 2 反射金属板（约一个波长直径的圆，形状其实无关，主要看面积） 3 这两者不相接，相互距离尽量小些即可
接线方式：
将馈线接在铜线的一段，屏蔽层接反射板
补充说明：
1铜线绕多少圈及相应效果本书没有数据可查，我想至少要10多圈吧，可能是越多越好吧
2通过L 、S、O 三者的关系，我们可以利用上多种口径的PVC管，而不用拘泥了老外给出的数据了。
这里L=12.6cm是固定的啦它就是2.45Ghz电波的波长，O约等于PVC管的周长（不是直径D呀，注意了,O=3.14*D），具体来说就是只要水管的直径D小4.01cm的原则上都是可以利用的。
3由于我没有条件去实践，所以不知到效果会是怎样，据某网页的计算软件来看，15圈左右就有25dB的增益，具体的我也不知道，还有赖于各位做一回排头兵，试一试并发布一下效果图，共同提高大家的水平！
具体操作：
制作并不复杂，其实L 、S 、O 三者构成的是直角三角形，如下图，大家只要事先将实际尺寸的图线画在一张纸上面，然后贴在PVC管上面绕线的具体位置就一目了然了。
看下图就会明白的了，很简单的！
将图纸贴在PVC管上之后沿着对角线(L)绕铜丝就行了，不是很方便吗...
绕线位置图.jpg (31.97 KB)
相关公式.jpg (22.23 KB)
相关公式（更正：天线的方向系数）借图说明螺旋天线01.jpg (144.43 KB)
借图说明螺旋天线02.JPG (34.07 KB)
袖珍通讯机用天线的设计和制作
曹志宇
袖珍通讯机由于体积小，重量轻，使用方便等优点而被广泛应用于社会各部门，这种机器现在广泛应用一种螺旋天线，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
对于一般通讯机可取
L=20~40cm
D=10~20mm
下表是对一些常用频率螺旋天线的设计实例，其他频率也可类似设计。
f是工作中心频率；
D是螺旋天线直径；
L是螺旋天线长度；
N是螺旋圈数；
ι是所需金属线长度。
以上N、ρ为了实际制作需要均取近似值。
制作时可用直径0.5~1.5mm漆包线或镀银铜线或铝线在直径为D的有机玻璃或其他绝缘材料上绕制，并在棒的两头打上小孔，以利于固定金属线；在棒的底端焊上较粗的金属杆或插头固定在棒上，以利于与机器连接；整个螺旋天线的外面可用橡胶管或其他材料套封，并在顶端盖上橡皮帽或用其他材料密封，这样既美观大方，又防雨防蚀，经久耐用。
如果没有上述金属丝，也可采用多股细绝缘导线代替，效果相同，只是绕制时固定较为困难。
以上螺旋天线也可用于各种小型遥控设备及其他类似机器上。
为了比较慢波天线与常规拉杆天线的不同，说明慢波天线尺寸较小的优点，我们可对拉杆天线作一计算。
设定参数如下：
频率f=27MHZ
波速c=3×108M（注：108应为10的8次方）
天线应谐振于1/4工作波长，则按公式可计算拉杆天线的长度：
L=1/4λ=1/4 c/f=1/4(3×108/27×108)=2.78m（注：108应为10的8次方）
按照上面的表格，可知如果使用螺旋天线，中心频率为27MHZ的慢波天线，其外观长度仅40cm，尺寸约仅为拉杆天线的七分之一。
李樾于二000九年二月
附图：
附表：。