平面螺旋

光子晶体取代传统的金属反射腔
仿真和实验结果表明，在约 1GHz 的工作频带内，天线的驻波比 小于 2， 并在所需频点与传统背腔式阿基米德螺旋天线相比，增 益提高了 2dB实现了单向辐射， 天线的性能得到了改善。而天线 与光子晶体之间的距离仅为 0.1λ，与传统背腔式阿基 米德螺旋天 线腔深 1/4λ相比，大大减少了天线的纵向尺寸，实现了平面螺旋 天线的低剖面设计。
典型螺旋天线
y
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D
a源自文库r ( ) r e , 0 1 0
r2 ( ) r0ea ( )，
r r0 e
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a
sin 0 tan
仿真实例
——频带宽度为2：1的阿基米德螺旋天线
所设计天线最低频率为������������������������ ，最高频率为������������������������ ，且������������������������ ：������������������������ =2:1。
仿真实例
天线增益随频率变化
天线轴比随频率变化
仿真结果
口径面积小型化
平面螺旋天线口径面积小型化的方法主要有天线臂曲折化、复 合结构平面螺旋天线、加载电阻和截断分层连接技术。
电阻
微 波 吸 收 材 料
纵向尺寸小型化
平面螺旋天线在很多实际应用中需要实现单向辐射这就需 要在天线的一侧加背腔。此外，传统的平面螺旋天线（双 臂）在实际情况下需要通过巴伦来实现阻抗匹配和不平衡 到平衡的转换，而巴伦的尺寸相对较大，且与天线所在平 面垂直，这就增加了天线的纵向尺寸。 目前平面螺旋天线低剖面的方法主要有：利用光子晶体结 构代替金属反射腔和新的馈电方式代替巴伦。
其他指标为：天线驻波小于2，天线方向图增益大于3dB，轴向轴比
小于3dB，方向图无明显的畸变现象。 天线主要参数如下： 平面阿基米德螺旋天线的一条臂的两条边缘曲线方程分别为：
w
D
r2
r1
r 0 ) 1 r 01 a( r 0 ) 2 r 02 a(
臂宽为：
wr 02 r 01
平面螺旋天线
背景介绍
伴随着超宽带通信的广泛兴起、超宽带雷达的应用，发射和接收超宽带信号的天线 技术也有着较大的发展。随着现代军事技术需求的推动及电子战技术的发展，超宽 带天线作为电子战设备的重要组成部分，越来越显示出它的活力。在电子侦察、电 子干扰设备、反辐射武器等得到了广泛的应用。
超宽带天线能在较宽的频带内保持基本不变的方向图、阻抗、极化和相位中心。主 要实现形式为：平面阿基米德螺旋天线、平面等角螺旋天线、锥螺旋天线、平面喇 叭天线、高斯褶皱喇叭天线以及对称振子天线的各种变形等。 发展方向：口径面积小型化，纵向尺寸小型化
其中 ������01 、������02 分别是螺旋线初始的径向距离， ������是决定螺距增长快慢的常数，������0 为 螺旋线的初始相位角，它的另一条臂可由一条臂旋转180度得到。
仿真实例
——参数计算
设计天线的辐射面，天线的工作频率上限决定了阿基米德馈电 点的距离，天线的下限频率决定了阿基米德螺旋天线的外径。
r01 d / 2 c / 8 f max
Rmax D / 2 c / 2 fmin Rmax r01 amax
a r02 r01

我们根据 fmax 14GHz ，fmin 7GHz 可以计算得到相关参数。
仿真实例
——馈电
不平衡-平衡变换器通常简称为平衡变换器，或称巴伦。有些巴 伦还同时具有阻抗变换的功能。通过将同轴线设计成渐变线阻 抗变换器，就可以既实现不平衡-平衡的变换又实现阻抗变换， 这种巴伦在超宽频带上具有优良的性能。 阿基米德螺旋天线的辐射面的阻抗大约为140Ω，而同轴线的阻 抗为50 Ω ，为了较好的对天线进行馈电一般在始端加一渐变的 结构，通常采用蝶形的结构。
巴伦馈电装置平面化
将巴伦馈电装置平面化，所在平面与天线的平面平行，馈电线 由渐变的微带线过渡到尖削的平行带状线，其与天线连接的方 式与微带巴伦相似。馈电线上的电流方向与天线臂垂直，这样 可以减小天线与馈电之间的互耦。天线所在平面与馈电装置所 在平面的距离仅为 0.57mm，这大大减小了整个天线结构的纵 向尺寸，实现了平面螺旋天线的低剖面设计。