天线原理与设计—第四章环天线螺旋天线
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。
螺旋天线概要
螺旋天线
螺旋天线
螺旋天线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。
螺旋天线是天线的一种，可以收发空间中旋转的偏振电磁信号。
这种天线通常用在卫星从外表看起来，螺旋天线就好像在一个平面的反射屏上安装了一个螺旋。
螺旋部分的长度要等于或者稍大于一个波长。
反射器呈圆形或方形，反射器的内部最大举例（直径或者边缘）至少要达到四分之三波长。
螺旋部分的半径在八分之一到四分之一波长之间，同时还要保证四分之一到二分之一波长的倾斜角度。
天线的最小尺度取决于所采用的低频信号频率大小。
如果螺旋或反射器太小，那么天线的效率就会严重降低。
在螺旋天线的轴心部分，电磁波的能量最大。
螺旋天线通常是由多个螺旋部分和一个反射器组成。
可以同时垂直或水平的挪动整组天线来跟踪某个卫星。
如果卫星并没有在轨道上运行，可以通过计算机来调节天线的方位角，来跟踪卫星轨迹。
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。
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（spiral antenna）。
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。
第4章_天线
3）坡印亭矢量的瞬时值为正值，即 S 为实数
4）场强与Il成正比 Il 称为电流矩
第二节 电小环天线
定义：环天线的尺寸远小于所辐射电磁波 的最大波长 场强计算公式 2
120 I sin A E 2 r I sin A H 2 r
与电偶极子的区别
第三节 天线的特性参数
60 Idl E sin r 2 dl sin 2 2 Sav 30 I ( ) r2 2 2 dl 2 P 80 I ( )
Sav ( m, m ) G P 4 r 2
30 I 2 (
dl
)2
sin dl
2
2 4 r 2 1.5
r2 )2
E
EZ E sin
Z
0
接收机 d0 i0
Z
Z
E0 sin e jkzcos
根据互易定理，有
l
Ezdz i2
l
d 0 EZ dz i2 i0
d 0 EZ i2 i0 dz
EZ：振子上Z处单位长度感应出的电动势
i2 令 f z i0
线天线：
天线的直径远小于其几何长度
可不考虑天线横截面上的电流分布
天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、 不同场合、不同要求等不同情况下使用。
偶极子天线
单极天线
环天线
螺旋天线
一、电流元
电流元：长度l<<的流有电流的导线。 特点：由l<<，得电流元上的电流I处处相等
各种天线都可以看成是由很多电流元构 成的，因此天线的辐射场也可以看成是 这许多电流元辐射场的叠加。
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。
螺旋天线的结构和辐射原理
螺旋天线的结构和辐射原理英文回答：A helical antenna is a type of radio antenna that consists of a conducting wire wound in the shape of a helix. The helix is usually mounted on a cylindrical or conical support structure. The pitch of the helix (the distance between adjacent turns) and the diameter of the wire determine the antenna's resonant frequency.Helical antennas are widely used in a variety of applications, including:Satellite communications.Mobile communications.Radar.Navigation.Medical imaging.The radiation pattern of a helical antenna is determined by the number of turns in the helix, the pitch of the helix, and the diameter of the wire. A helical antenna with a large number of turns will have a narrow beamwidth, while a helical antenna with a small number of turns will have a wide beamwidth. The pitch of the helix affects the antenna's gain and bandwidth. A helical antenna with a small pitch will have a high gain and a narrow bandwidth, while a helical antenna with a large pitch will have a low gain and a wide bandwidth. The diameter of the wire affects the antenna's input impedance. A helical antenna with a large diameter wire will have a low input impedance, while a helical antenna with a small diameter wire will have a high input impedance.中文回答：螺旋天线的结构与辐射原理。
螺旋天线的辐射原理是什么
螺旋天线的辐射原理是什么螺旋天线是一种特殊形状的天线，具有较宽的工作频带和较好的方向性。
它的辐射原理主要涉及到电磁波的产生和辐射。
首先，了解螺旋天线的结构是很重要的。
螺旋天线由一个或多个导体螺旋绕成螺旋线形状，通常使用金属导线或箔片制成。
这些导体旋绕成螺旋线后，其形状类似于螺旋状，因此得名螺旋天线。
螺旋天线的辐射原理可以从两个方面来理解：导体的电流分布和电磁波的辐射。
首先，螺旋天线的导体上通有交流电源，导体上的电流分布对辐射特性起到重要作用。
当电源通电时，导体上的电流会随着导体的螺旋形状而分布。
在螺旋形状中，电流会在导体上形成循环的路径。
这种螺旋状的电流路径会产生磁场，而磁场和电场是紧密相关的。
其次，电磁波的辐射是螺旋天线辐射的另一个重要原理。
当导体通有电流时，会形成一个电场和磁场。
螺旋天线的结构使得电流在其中呈螺旋形分布，因此螺旋天线能够辐射出较强的电场和磁场。
螺旋天线辐射的电场和磁场具有特殊的空间分布。
电场和磁场的方向垂直于彼此，并且都围绕着螺旋线的中心轴旋转。
电场和磁场的方向会随着螺旋线的旋转而改变。
通过这种电场和磁场的分布，螺旋天线能够辐射出电磁波。
当电源送入导体上的交流电流时，电场和磁场的强弱也会随之变化，从而使得产生的电磁波可以在空间中传播。
螺旋天线的辐射特性中有几个重要的参数需要考虑，其中之一是极化方向。
由于电场和磁场的方向会随着螺旋线的旋转而改变，螺旋天线可以实现不同的极化方向，包括垂直极化和水平极化。
此外，螺旋天线还具有较宽的工作频带和较好的方向性。
螺旋结构的设计可以使得螺旋天线在辐射特性上具有较宽的带宽。
而螺旋形状的导体结构使得螺旋天线具有较好的方向性，即特定方向上的辐射功率较大。
总之，螺旋天线的辐射原理主要涉及到导体的电流分布和电磁波的辐射。
通过合理设计导体的结构和通入的电源，螺旋天线能够辐射出电磁波并实现特定的极化方向、较宽的工作频带和较好的方向性。
这使得螺旋天线被广泛应用于无线通信、卫星通信和雷达等领域。
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。
第4章--非频变天线分析
第4章 非频变天线
当两臂的始端馈电时，可以把两臂等角螺旋线看 成是一对变形的传输线，臂上电流沿线边传输，边辐 射，边衰减。螺旋线上的每一小段都是一基本辐射片， 它们的取向沿螺旋线而变化，总的辐射场就是这些元 辐射场的叠加。实验表明，臂上电流在流过约一个波 长后就迅速衰减到20dB以下，终端效应很弱。
d 2Ln
1 4 tan
第4章 非频变天线
max max / 4 8.02r0 8.03 （4―2―5）
min min / 4
r0
即典型相对带宽为8∶1。若要增加相对带宽，必 须增加螺旋线的圈数或改变其参数，相对带宽有可能 达到20∶1。
第4章 非频变天线
4.3 阿基米德螺旋天线
阿基米德螺旋天线(Archimedean Spiral Antenna)如
2. 终端效应弱 实际天线的尺寸总是有限的，与无限长天线的区 别就在于它有一个终端的限制。若天线上电流衰减得 快，则决定天线辐射特性的主要部分是载有较大电流 的部分，而其延伸部分的作用很小，若将其截除，对 天线的电性能不会造成显著的影响。在这种情况下， 有限长天线就具有无限长天线的电性能，这种现象就 是终端效应弱的表现，反之则为终端效应强。
a
（4―2―2）
第4章 非频变天线
R
r2
r3
r1
r4
图4―2―1 平面等角螺旋天线
第4章 非频变天线 y
r
O
x
图4―2―2 等角螺旋线
第4章 非频变天线
在图4―2―1所示的等角螺旋天线中，两个臂的四 条边缘具有相同的a，若一条边缘线为r1=r0eaφ，则只要 将该边缘旋转δ角，就可得该臂的另一边缘线r2=r0ea(φ-δ)。 另一臂相当于该臂旋转180°而构成，即r3=r0ea(φ-π)， r4=r0ea(φ-π-δ)。由于平面等角螺旋天线臂的边缘仅由角度 描述，因而满足非频变天线对形状的要求。如果取δ＝ π/2，天线的金属臂与两臂之间的空气缝隙是同一形状， 称为自补结构。
螺旋天线的设计与制作
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=0.375π0λ╳0.375π0λ,盒体高=2
1底或宽。
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=0λ/π，节距（线圈之间距离）=0.2250λ,线圈的周长等于波长。
0λ为工作中心频点处的真空波长。
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。
阿基米德螺旋天线的工作原理
阿基米德螺旋天线的工作原理
阿基米德螺旋天线是一种常用于无线电通信领域的天线，其工作原理基于电磁波的旋转极化特性。
电磁波是一种横波，其电场和磁场垂直于传播方向。
而在阿基米德螺旋天线中，天线的金属导线以螺旋的方式绕着天线轴线旋转，形成了一种螺旋形状的天线结构。
当电磁波通过这种螺旋结构时，由于螺旋结构的旋转，电场和磁场的方向都会随着时间而改变，从而形成了电磁波的旋转极化。
这种旋转极化的特性让阿基米德螺旋天线可以在接收和发射非极化电磁波时有着很好的效果。
在接收方面，由于自然界中存在着各种不同方向的电磁波，而这些电磁波的极化方向是随机的，因此使用阿基米德螺旋天线可以同时接收到各种方向的电磁波，大大提高了接收的灵敏度。
而在发射方面，阿基米德螺旋天线的旋转极化能够使发送的电磁波在传播过程中保持较好的极化状态，从而提高了信号的稳定性和传输距离。
除了旋转极化特性外，阿基米德螺旋天线还有着其他优点。
例如，它可以实现较宽的工作频率范围，因为其结构不会因频率变化而导致阻抗不匹配；同时，它的结构相对简单，制作成本较低。
需要注意的是，阿基米德螺旋天线的性能也受到一些因素的影响。
例如，天线的直径、螺旋密度、螺旋方向等都会对其特性产生影响。
因此，在实际设计和应用中需要根据具体情况进行优化。
阿基米德螺旋天线以其旋转极化的特性和其他优点，在无线电通信领域中得到了广泛的应用。
在今后的发展中，它有望进一步提高性能，满足更加复杂和高要求的应用场景。
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。
10-环天线与螺旋天线 天线原理
有三种椭圆极化波的情况：
South China University of Technology
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。
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
环天线的辐射电阻
South China University of Technology
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。
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
，故轴比很
大，辐射近似为垂直极化波。
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
D 12.45，或 11dBi
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
天线原理与设计3.2.3 螺旋鞭天线
螺旋天线(Helical Antenna) 的辐射特性取决于螺旋线直 径D与波长的比值D/λ，此类天线具有三种辐射状态，如图32-21所示。
图3-2-21(b) 所示为D/λ=0.25～0.46的端射型螺旋天线， 这时在天线轴向有最大辐射，又称为轴向模螺旋天线或简称 螺旋天线(将在3.2节中介绍)。图3-2-21(c)所示为D/λ>0.46 的
3.2.3
螺旋鞭天线如图3-2-20所示，螺旋线是空心的或绕在低 耗的介质棒上，圈的直径可以是相同的，也可以随高度逐渐 变小，圈间的距离可以是等距的或变距的。由图可知，它相 当于将加载的电感分布在鞭状天线的整个线段中。这种天线 被广泛地应用于短波及超短波的小型移动通信电台中。它和 单极振子天线相比，最大的优点是天线的长度可以缩短2/3或 更多。
图 3-2-20 螺旋鞭天线
图 3-2-21 螺旋天线的三种辐射状态 (a) 边射型(D/λ<0.18)； (b) 端射型(D/λ=0.25~0.46)；
(c) 圆锥型(D/λ>0.46)
图 3-2-22 螺旋鞭天线一圈的等效示意图
可以将螺旋鞭天线看成由N个单元组成，每个单元又由 一个小环和一电基本振子构成，如图3-2-22所示，由于环的 直径很小，合成单元上的电流可以认为是等幅同相的。小环 的辐射场只有Eφ
E
30π 2 I r
IπD2
2
sine
jkr
(3-2-14)
式中D为小环的直径。电基本振子的辐射场只有Eθ分量，
E
j60πI r
l sin
e jkr
(3-2-15)
式中Δl为螺距。 一圈的总辐射场为上两式的矢量和。两个相
互垂直的分量均具有sinθ为轴比，用AR表示，即
阿基米德螺旋天线的工作原理
阿基米德螺旋天线的工作原理
阿基米德螺旋天线是一种特殊形状的天线，它可以用于接收和发射无线电波。
其工作原理基于阿基米德螺线的几何特性。
阿基米德螺旋天线由一个金属丝缠绕成螺旋状，每个螺旋周期包含多个等距的圈。
这些圈的直径和间距决定了天线的工作频率。
当无线电波通过阿基米德螺旋天线时，它会在每个螺旋周期中发生相位移动。
这种相位移动的结果是，信号在天线上不同位置的元素上到达的时间略有不同。
由于相位移动的存在，阿基米德螺旋天线能够实现波束赋形和空间极化多样性。
通过调整天线的形状和参数，可以使得天线在特定方向上增强信号的接收或发射。
阿基米德螺旋天线在通信系统、雷达系统和卫星通信等领域得到广泛应用。
由于其独特的工作原理和优越的性能，它能够提供高增益、低副瓣和可调节的极化特性。
等角螺旋天线的工作原理
等角螺旋天线的工作原理
等角螺旋天线是一种常用于无线通信系统中的天线类型，它的
工作原理可以从几个方面来解释。
首先，等角螺旋天线利用了螺旋线的特性来实现辐射和接收电
磁波。
螺旋线是一种具有连续螺旋形状的导体，它可以有效地辐射
和接收电磁波。
当电流通过螺旋线时，会在天线上产生磁场和电场，这些场的相互作用导致电磁波的辐射。
其次，等角螺旋天线的辐射特性与其几何结构有关。
等角螺旋
天线的螺旋线圈数相等，且每个螺旋线圈的圈数和间距相等，使得
天线具有旋转对称性。
这种几何结构使得等角螺旋天线在辐射方向
上具有均匀的辐射特性，即在水平和垂直方向上具有相似的辐射图案。
这种均匀的辐射特性使得天线能够在各个方向上均匀地辐射和
接收电磁波。
此外，等角螺旋天线还具有极化特性。
极化是指电磁波的电场
振动方向。
等角螺旋天线通常被设计为具有圆极化特性，即电场振
动方向在水平和垂直方向上均匀分布。
这种圆极化特性使得天线能
够适应不同极化方式的信号，提高信号的接收和传输效果。
总的来说，等角螺旋天线利用螺旋线的特性实现电磁波的辐射和接收。
其几何结构使得天线具有均匀的辐射特性和圆极化特性，从而提高了天线在无线通信系统中的性能和适用性。
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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
4.1 环天线
环天线的方向图函数
4.1 环天线
不同直径的螺旋天线
法向模式的螺旋天线应用：移动通信设备天线
长度约为四分之波长，高度 小于四分之波长的单极子天 线 通常为垂直线极化
与同样长度的短单极子天线 相比具有更大的辐射电阻， 便于匹配 位于理想导体平面上的法向模式螺旋天线辐射电阻：
Rr = 640(L/λ)2 Ω 短单极子辐射电阻：Rr = 395(L/λ)2 Ω