四臂螺旋天线简介
四臂螺旋式天线
四臂螺旋式天线（Quadrifilar Helix Antenna ）一般由四条按特定规则弯曲的金属线条镶于圆柱形基材上，无需任何接地。它具备有Zapper天线的特性，也具备有垂直天线的特性。此种巧妙的结构，使天线任何方向都有3dB的增益，方向图特性良好。四臂螺旋式天线拥有全面向360度的接收能力，因此在与pda结合时,无论PDA的摆放位置如何,四臂螺旋式天线皆能接收,有别于使用平板GPS天线需要平放才能较好的接收的限制.使用此种天线,当卫星出现于地平面上10度时,即可收到卫星所传送的讯号.
四臂螺旋天线是美国约翰普金斯大学应用物理实验室博士Kilgus于1968年提出的，之后人们对其进入了深入的研究。该天线具有心型方向图、良好的前后比及优异的圆极化特性，因此被广泛应用于卫星通信系统，尤其被认为是理想的全球定位系统GPS和卫星手机接收天线，但体积大是其缺点。
早期四臂螺旋天线的辐射单元一般采用金属管或金属线，通过弯曲成型或缠绕在绝缘柱上，这样必然需要在馈电网络中加入复杂的平衡转换器和阻抗匹配网络，螺旋结构也需要机械支撑，因此天线体积较大，难于批量生产。
2001年Leisten提出了陶瓷介质加载四臂螺旋天线。该天线采用陶瓷填充，天线体积缩小大10.00×17.8mm（底面直径×高），为未加载的1\6.相对于应用于GPS系统的介质加载微带贴片天线，DQHA还具有优良的前后比和广角圆极化特性，且电磁场被束缚在陶瓷核内，近场很小，天线受手机、人体等周围环境影响很小。
陶瓷天线虽然在性能方面表现已经较好，但需要十多种不可缺少工艺，才制成产品。流程长的代价是产品巨贵，且体积不大不小的，在手机中用，体积需要进一步减小。为此国内研究左手材料及天线的专家在2011年联合推出了一款自主研发的新型多频四臂螺旋天线，即微航牌四臂螺旋天线。相比于陶瓷天线，微航牌天线在相同的体积增益高、相同的增益体积小，并有圆柱型（直径6.0mmX12mm）、条形（6.0mmX6.0mmX13mm）等多种款式，可用于手机GPS中。
四臂螺旋天线目前主要可分为陶瓷四臂螺旋天线和新型四臂螺旋天线。
陶瓷四臂螺旋天线具有优良的前后比和广角圆极化特性，且电磁场被束缚在陶瓷核内，近场很小，天线受手机、人体等周围环境影响很小，以英国Sarantel公司系列天线产品为代表。
新型四臂螺旋天线是采用有机复合材料工艺和LDS技术相结合的一款新型四臂螺旋天线，除了性能方面的提升，体积更小，并且有多种外形款式，以国内V-ON微航牌系列产品为代表。
四臂螺旋天线广泛应用于航天、气象、定位、中继等诸多领域。但是如果地面接收站附近干扰源较多，则不适用四臂螺旋式天线，因为四臂螺旋式天线具备全方向的增益，反而干扰了卫星信号的接收，此时后端需要有良好的滤波措施（包括电路和软件抗干扰两个方面）。
随着科技的发展，四臂螺旋天线优越的电气性能也将得到更加广泛的应用。近几年中国北斗导航系统的崛起，将会进一步刺激四臂螺旋天线向多频的方向发展，新型多频四臂螺旋天线将会成为未来的大热产品。
更多相关资讯，敬请关注我们的微信号：
一种小型平面螺旋天线概要
一种小型平面螺旋天线 龙小专1 袁飞2 （西南电子设备研究所，成都四川，610036） 摘要：平面阿基米德螺旋天线是一种宽频带天线，其尺寸由低端工作频率决定，在许多实际应用中常需对其进行小型化设计。本文通过末端离散电阻加载设计，实现了天线的小型化。本文结合设计的小型平面马欠德平衡器馈电装置，得到了一种小型平面阿基米德螺旋天线。 关键词：平面阿基米德螺旋天线，小型化，电阻加载，平面马欠德平衡器 A Miniaturized Planar Spiral Antenna Long Xiaozhuan 1 Yuan Fei 2 (Southwest Institute of Electric Equipment, Chengdu, Sichuan, 610036) Abstract: Planar Archimedean spiral antenna was a broadband antenna, whose dimension was determined by its lowest working frequency, and it’s necessary to do some miniaturization design in many practical applications. The miniaturization of the antenna was realized by discrete resistance loading in the end of antenna. A miniaturized planar Archimedean spiral antenna was achieved, integrated with the feeding device of a miniaturized planar Marchand balun designed in this article. Keywords: Planar Archimedean Spiral Antenna; Miniaturization; Resistance Loading; Planar Marchand Balun 1 引言 2 电阻加载 平面阿基米德螺旋天线是一种宽频带天线，因其具有结构紧凑、重量轻、输入阻抗恒定、相位中心固定、辐射圆极化波等特点，在诸多领域有着重要的应用[1]。随着系统的发展要求，天线的小型化成为天线设计中的重要发展方向。一般来说，圆形平面阿基米德螺旋天线的外径至少应大于最低工作频率的波长除以π。若需再扩展天线的低端工作频率，或减小天线的尺寸，则需对天线进行小型化设计。在众多的小型化技术中，电阻加载不仅可以减小天线的驻波比，还可以显著减小天线的轴比，其应用最为广泛[2]。本文采用这种技术，对平面阿基米德螺旋天线末端进行离散电阻加载，并应用所设计的小型平面马欠德平衡器，最终得到一个工作于2.5GHz～6GHz的平面螺旋天线，其总尺寸仅为Ф30mm×25mm。 平面阿基米德螺旋天线一般由辐射螺旋面、馈电平衡器和背腔三大部分构成。在天线的设计中，可先分别对三个部分进行设计，然后再进行综合设计。辐射螺旋面一般是在一块圆形的介质基板的一个面上印制两根或多根螺旋线，螺旋线的半径随角度变化而均匀的增加，其极坐标方程可表示为： r=r0+aφ （1）
螺旋天线原理与设计基础知识
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：
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2 3 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）。
一种低剖面平面螺旋天线的设计
一种低剖面平面螺旋天线的设计 [ 录入者:天线微波 | 时间:2008-12-19 12:31:09 | 作者:景小东张福顺 | 来 源: | 浏览:498次 ] 摘要文章提出了一种低剖面平面螺旋天线的设计方法，用金属反射板代替传统的A ／4反射腔来实现螺旋天线的单向辐射，并在螺旋末端接以阻性负载，以改善天线的电性能。实验结果表明，对于工作频带为1．3GHz～2．1GHz的四臂平面阿基米德螺旋天线，在保证天线特性的前提下，整个天馈结构的厚度减小至17ram。 0 引言 平面螺旋天线由于其结构的自相似性，能在很宽的频带内辐射圆极化波，因而获得了广泛的应用¨J。平面螺旋天线的辐射是双向的，但在实际应用中，往往要求天线具有单向辐射特性。通常的做法是，在螺旋天线的一侧加装反射腔，并根据实际情况在腔内填充微波吸收材料。这种做法能使天线达到相当宽的频带(2GHz～ 18GHz) 』，但其最大的缺点是，由于微波吸收材料的存在，近一半的辐射能量将被吸收掉 J，这使得天线的效率大大降低；即使不填充吸收材料，反射腔A／4的高度又使得天线的厚度过大，这在某些应用中又令人难以接受。 文章根据四臂平面螺旋天线的原理，设计了相应的馈电网络，将其地板作为天线的平面反射器，代替A／4反射腔，并在螺旋终端接阻性负载，以减小由镜像电流引起的互耦对天线电性能的影响。 通过调整天线辐射器与馈电电路板的间距，在保证天线电性能的前提下，使天线厚度减薄至17ram，满足低剖面要求。 1 天线设计 1．1 平面阿基米德螺旋天线 平面螺旋天线的基本形式为等角螺旋天线和阿基米德螺旋天线，在结构上又有单臂、双臂、四臂之分。文章采用四臂平面阿基米德螺旋天线，其结构如图1所示。其中螺旋臂1的两条边缘线满足的曲线方程分别为：
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。开槽天线结构简单，没有凸出部分，因此特别适合在高速飞机上使用。它的缺点 是调谐困难。 由喇叭及装在喇叭口径上的透镜组成，故称为喇叭透镜天线。透镜的原理参见透镜天线，这种天线具有相当宽的工作频带，而且比抛物面天线具有更高的防护度，它在波道数较多 的微波干线通信中用得很广泛。\ 待续 我也来说两句查看全部评论相关评论
(完整word版)四臂螺旋天线简介
四臂螺旋式天线 四臂螺旋式天线（Quadrifilar Helix Antenna ）一般由四条按特定规则弯曲的金属线条镶于圆柱形基材上，无需任何接地。它具备有Zapper天线的特性，也具备有垂直天线的特性。此种巧妙的结构，使天线任何方向都有3dB的增益，方向图特性良好。四臂螺旋式天线拥有全面向360度的接收能力，因此在与pda结合时,无论PDA的摆放位置如何,四臂螺旋式天线皆能接收,有别于使用平板GPS天线需要平放才能较好的接收的限制.使用此种天线,当卫星出现于地平面上10度时,即可收到卫星所传送的讯号. 四臂螺旋天线是美国约翰普金斯大学应用物理实验室博士Kilgus于1968年提出的，之后人们对其进入了深入的研究。该天线具有心型方向图、良好的前后比及优异的圆极化特性，因此被广泛应用于卫星通信系统，尤其被认为是理想的全球定位系统GPS和卫星手机接收天线，但体积大是其缺点。 早期四臂螺旋天线的辐射单元一般采用金属管或金属线，通过弯曲成型或缠绕在绝缘柱上，这样必然需要在馈电网络中加入复杂的平衡转换器和阻抗匹配网络，螺旋结构也需要机械支撑，因此天线体积较大，难于批量生产。 2001年Leisten提出了陶瓷介质加载四臂螺旋天线。该天线采用陶瓷填充，天线体积缩小大10.00×17.8mm（底面直径×高），为未加载的1\6.相对于应用于GPS系统的介质加载微带贴片天线，DQHA还具有优良的前后比和广角圆极化特性，且电磁场被束缚在陶瓷核内，近场很小，天线受手机、人体等周围环境影响很小。 陶瓷天线虽然在性能方面表现已经较好，但需要十多种不可缺少工艺，才制成产品。流程长的代价是产品巨贵，且体积不大不小的，在手机中用，体积需要进一步减小。为此国内研究左手材料及天线的专家在2011年联合推出了一款自主研发的新型多频四臂螺旋天线，即微航牌四臂螺旋天线。相比于陶瓷天线，微航牌天线在相同的体积增益高、相同的增益体积小，并有圆柱型（直径6.0mmX12mm）、条形（6.0mmX6.0mmX13mm）等多种款式，可用于手机GPS中。 四臂螺旋天线目前主要可分为陶瓷四臂螺旋天线和新型四臂螺旋天线。
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＋S2 L＝nS α＝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）。这种天线可用作电视发射天线。
一种小型平面螺旋天线
一种小型平面螺旋天线 龙小专1袁飞2 （西南电子设备研究所，成都四川，610036） 摘要：平面阿基米德螺旋天线是一种宽频带天线，其尺寸由低端工作频率决定，在许多实际应用中常需对其进行小型化设计。本文通过末端离散电阻加载设计，实现了天线的小型化。本文结合设计的小型平面马欠德平衡器馈电装置，得到了一种小型平面阿基米德螺旋天线。 关键词：平面阿基米德螺旋天线，小型化，电阻加载，平面马欠德平衡器 A Miniaturized Planar Spiral Antenna Long Xiaozhuan 1Yuan Fei 2 (Southwest Institute of Electric Equipment, Chengdu, Sichuan, 610036) Abstract: Planar Archimedean spiral antenna was a broadband antenna, whose dimension was determined by its lowest working frequency, and it’s necessary to do some miniaturization design in many practical applications. The miniaturization of the antenna was realized by discrete resistance loading in the end of antenna. A miniaturized planar Archimedean spiral antenna was achieved, integrated with the feeding device of a miniaturized planar Marchand balun designed in this article. Keywords: Planar Archimedean Spiral Antenna; Miniaturization; Resistance Loading; Planar Marchand Balun 1 引言 平面阿基米德螺旋天线是一种宽频带天线，因其具有结构紧凑、重量轻、输入阻抗恒定、相位中心固定、辐射圆极化波等特点，在诸多领域有着重要的应用[1]。 随着系统的发展要求，天线的小型化成为天线设计中的重要发展方向。一般来说，圆形平面阿基米德螺旋天线的外径至少应大于最低工作频率的波长除以π。若需再扩展天线的低端工作频率，或减小天线的尺寸，则需对天线进行小型化设计。在众多的小型化技术中，电阻加载不仅可以减小天线的驻波比，还可以显著减小天线的轴比，其应用最为广泛[2]。本文采用这种技术，对平面阿基米德螺旋天线末端进行离散电阻加载，并应用所设计的小型平面马欠德平衡器，最终得到一个工作于 2.5GHz～6GHz的平面螺旋天线，其总尺寸仅为Ф30mm×25mm。 2 电阻加载 平面阿基米德螺旋天线一般由辐射螺旋面、馈电平衡器和背腔三大部分构成。在天线的设计中，可先分别对三个部分进行设计，然后再进行综合设计。辐射螺旋面一般是在一块圆形的介质基板的一个面上印制两根或多根螺旋线，螺旋线的半径随角度变化而均匀的增加，其极坐标方程可表示为： r r aφ =+（1） 式（1）中， r是起始半径，a为螺旋增长率，φ是以弧度表示的幅角。双臂平面阿基米德螺旋天线如图1（a）所示。 平面阿基米德天线一般在螺旋面的中心起始端两点采用平衡馈电，而主要辐射区域是集中在平均周长为一个波长的那些环带上，也称有效辐射区。当频率改变时，有效辐射区随之改变，但辐射方向图基本不变。而当有效辐射区为天线的最外圈区域 ·553·
一种新型螺旋天线的设计
一种新型螺旋天线的设计 林敏杨水根龚铮权 【摘要】介绍了一种新型谐振式螺旋天线，并对设计过程中的关键技术作了阐述，最后通过一些实验结果来说明它的性能指标。这种新型天线将在卫星移动通信和全球定位系统中发挥重要作用。 关键词：螺旋天线，宽频带，圆极化，宽波束 The Design of a New Kind of Helix Antenna 【Abstract】The paper introduces a new kind of resonan t helix antenna, then discusses key techniques in the course of design. Some experiment results are provided to show its performance indexes. The new antenna will play an important role in satellite mobile communicati-ons and global position system. Key words:helix antenna, broad band，circular polarization, broad beam 1引言 在卫星移动通信和全球定位系统(GPS)中，常常需要一种体积小、重量轻、宽波束的圆极化天线。跟微带天线相比，谐振式四臂螺旋天线因更易于满足这些要求而普遍地受到重视，并在这个领域发挥了重要的作用。与一般的行波螺旋天线完全不同，这种天线由4根长度均为mλ/4(m为一个整数，λ为波长)的螺旋臂组成，每根臂上的电流幅度相等、相位两两相差90 °，它的末端(即非馈电的那一端)在m取偶数时必须短路，在m取奇数时必须开路。作为一种谐振式天线，工作频带窄是其固有的缺点。为了解决这个问题，尽管人们想出了许多方法，但一直未能取得令人满意的效果。而我们设计成功的八臂螺旋天线，在实现宽频带(甚至双频)工作的同时，其他一些性能指标均得到了较大的提高，因而具有广阔的应用前景。本文首先对这种新型螺旋天线的工作原理作一个简单的介绍，然后阐述设计过程中的一些关键技术，最后还给出实测数据来说明该天线的各项性能指标。 2工作原理 2.1宽频带工作原理 尽管采用较粗螺旋臂可使四臂螺旋天线输入阻抗的虚部随频率的变化变得较慢，从而能在一定范围内改善频带特性，但这种改进受到很大的限制，且增加了天线的重量和加工难度。为了能真正实现宽带工作，我们以这种天线为基础设计出了八臂螺旋天线，如图1所示。这种新型天线由两副形状相同、共轴放置但臂长不同的四臂螺旋天线组成，我们只对其中的一副螺旋天线馈电，另一副天线上的电流则通过电磁耦合得到。理论分析和实际测试都表明，八臂螺旋天线的输入阻抗呈双频工作特性，其中一个谐振频率跟原来的四臂螺旋基本相同，而另一个谐振频率则取决于寄生臂的长度及其与馈电臂之间的距离。选择好各种参数，使两个谐振频率适当地靠近，天线的输入端就会在比原四臂螺旋宽得多的频带范围内有良好的驻波比特性，并且在此宽带范围内，天线的辐射方向图始终保持宽波束圆极化性能。
一种平面等角螺旋天线及其巴伦的设计
一种平面等角螺旋天线及其巴伦的设计 夏成刚 （华南理工大学电子与信息学院） 摘要：本文设计了一种双臂平面等角螺旋天线，工作频率0.4-2GHz。根据天线的平衡结构和宽带特性，设计了一种微带梯形结构的巴伦，以便采用50Ω同轴电缆馈电。仿真计算结果显示天线及巴伦具有良好的圆极化及宽带特性。 关键词：螺旋天线；巴伦；设计 Design of A Planar Equiangular Spiral Antenna and the Balun XIA cheng-gang （School of Electronic and Information Engineering, South China University of Technology）Abstract: In this paper，We designed a double-armed planar equianguar spiral antenna and fed by 50 ohm coaxial-cable ,it works at 0.4-2GHz.To match the balance structure an the wideband character of the antenna,its balun is microstrip line-parallel wire which is exponentially trapezia type。 Simulator results show that the proposed antenna is of good circular polarization and wideband characteristics. Key words: Spiral Antenna ，Balun，Design 1 引言 平面等角螺旋天线是一种宽频带天线，具有频带宽、尺寸小、重量轻、加工方便等优点，容易实现圆极化等优点，因而在超宽带及RFID等领域得以广泛应用。常用的平面螺旋天线有阿基米德螺旋天线和平面等角螺旋天线等，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主抗基本不变，易于匹配，通常采用巴伦进行匹配。本文设计了一种双臂平面等角螺旋天线，并设计了匹配的巴伦，通过HFSS仿真计算，给出了0.4-2GHz范围内天线的增益、阻抗、圆极化轴比及部分频率点的方向图。 2 平面等角螺旋天线的设计 2.1 平面等角螺旋天线 平面等角螺旋天线是一种完全由角度确定形状的天线，其曲线方程[1]为 r=r0e a(Φ-Φ0) (2.1) 式中：r0是对应Φ0时的矢径，a为螺旋增长率，Φ0为螺旋的起始角。平面等角螺旋天线如图1所示。当a减小时，螺旋臂曲度增大，电流沿螺旋臂衰减变快。通常a取值为0.12-1.20，当螺旋臂等于或大于一个波长时，天线开始呈现出非频变天线特性，因此通常要求臂长大于一个波长，天线半径R则至少等于λ/4。 图1 平面等角螺旋天线（δ=90）
螺旋天线的仿真设计
一、设计题目：螺旋天线的仿真设计 二、设计目的： （1）熟悉Ansoft HFSS软件的使用。 （2）学会螺旋天线的仿真设计方法。 （3）完成螺旋天线的仿真设计，并查看S参数以及场分布。 三、设计要求： 螺旋天线是一种常用的典型的圆极化天线，本设计就是基于螺旋天线的基础理论及熟练掌握HFSS10软件的基础上的，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S曲线。 螺旋天线通常用同轴线馈电，天线的一端与同轴线的内导体相连，另一端则处于自由状态。 螺旋天线示意图如图1所示： 图1、螺旋天线
四、设计参数： 中心频率f=4GHz λ=75mm 螺旋导体的半径d=0.15λ=11.25mm 螺旋线导线半径a=0.5mm 螺距s-0.2λ=15mm 圈数N=7 轴向长度l=Ns 五、设计步骤 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。 求解类型设置与上两个设计一样，材料为copper，模型单位为mm，螺旋线的创建如下。 点击Draw>Circle,输入圆的中心坐标。X:11.25 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。在特性窗口中将Axis改为Y。点击确认。选中该circle。点击Draw>Helix，输入X:0 Y:0 Z:-7.5，按回车键结束输入，输入dX:0 dY:0 dZ;100 按回车键，在弹出的窗口中，Turn Directions:Right Hand Pitch:15(mm) Tuns:7 Radius change per Turn:0点击OK。在特性窗口中选择Attribute标签，将名字改为Helix。建立螺旋天线与同轴线相连的连接杆ring。 点击Draw>Cylider,创建圆柱模型。输入坐标为X:11.25 Y:0
等角螺旋天线
等角螺旋天线仿真分析 Abstract:本文基于等角螺旋天线的基本原理，利用电磁让真软件HFSS构建并仿真分析了一个基本的等角螺旋天线。通过仿真结果，得到了一个频带为442MHz~929MHz，频带内S参数小于-10dB的天线，并分别给出450MHz，670MHz，900MHz处的E、H面方向图。关于结果的分析也列于最后。 1.引言 螺旋天线属于非频变天线，具有可观的带宽比，通常都具有圆极化特性，半功率带宽一般约为70°~90°。由于螺旋天线具有体积小，宽带宽的特性，因而广泛应用于国防，遥感等方面。螺旋天线阵列还用于1~18GHz的军用飞行器方面。 2.天线设计 本文仿真的等角螺旋天线如图1所示，可由4个公式表示定义每个支臂的内外半径 r1=r0e aφ(1) r2=r0e a(φ-δ)(2) r2=r0e a(φ-π)(3) r2=r0e a(φ-π-δ)(4) 式中r0为φ=0时的矢径，a为一个常数，用于控制螺旋的张率。用式(1)可以建立起图1所示的平面等角螺旋天线。当δ=π/2时，图1所示的结构是自补的，在这种情况下，方向图对称性最好。 自补天线有如下特性： Z金属=Z空气=η/2=188.5Ω(5) 这就要求在HFSS中仿真的时候馈电对口阻抗大致设为188.5Ω。 等角螺旋天线工作频带的上限f u 由亏点结构决定，最小半径r0在馈电区的周长2πr0=λu=c/f u。当然，螺旋在该店终止，连接到馈电传输线。下限频率通过天线整体半径R来限制，使其约为f L的1/4波长。 实验发现半圈到三圈的螺旋对参数a和δ相对来说不敏感。一圈半的螺旋约为最佳。 本文利用HFSS构建模型，并进行仿真分析。构建的模型如图2所示。仿真的天线最终选定参数如下：r0=27.5cm，a=0.27，n=0.92。 图1 平面等角螺旋天线几何模型 图2 等角螺旋天线(a)斜视图(b)顶视图(c)侧 视图 3.仿真分析 3.1 S参数 图3所示为S 参数仿真结果，由
一种RFID小型圆极化四臂螺旋天线
一种RFID小型圆极化四臂螺旋天线 摘要设计了一种用于UHF频段射频识别系统的小型右手圆极化四臂螺旋天线。天线由印制在微带介质板的4个长条形臂组成，通过微带功分器馈电。天线在进行4个端口的单独匹配和功分器相连时，需采用一种新的匹配方法。通过仿真优化，天线尺寸为60 mm×60 mm×6 mm，峰值增益为3.8 dB，带内轴比<3 dB，3 dB波束宽度>120°，前后比>15 dB。实物测试结果与仿真结果吻合。 近年来射频识别(Radio Frequency of Identificatio，RFID)技术的应用逐渐广泛，同时也倍受重视。特别是UHF频段的RFID系统，由于其传输距离远、传输速率高，受到了更多地关注。典型的RFID系统由RFID阅读器和标签两部分组成，RFID无源标签依靠RFID 阅读器发射的电磁信号供电，并通过反射调制电磁信号与阅读器通信。因此，RFID标签天线设计的优劣对其系统工作性能有关键的影响。 常见的射频识别阅读器天线有折合振子天线、分形天线、微带天线以及轴向模螺旋天线。由于折合振子天线和分形天线一般为线极化天线，难以满足阅读器对各方向电子标签的识别要求，所以在较多场合不适用;而微带天线由于其面积尺寸过大，在小型化的阅读器手持机上的使用受到了限制;轴向模螺旋天线同样因轴向高度过高，在实际使用中也受到了限制。因此，如何设计出一种小尺寸、低剖面、高性能的圆极化射频识别天线成为了关注的焦点。 四臂螺旋天线由于其圆极化性能出色，被广泛应用于GPS领域。随后经过进一步发展，Wang—lk Son等人将四臂螺旋天线应用至RFID，并利用平面倒F天线代替了传统的单极子天线作为四臂螺旋天线的天线臂，如图1所示，实现了良好的效果。文中利用该方式，设计了一种在尺寸和性能上更具优势的RFID阅读器天线。 1 小型化四臂螺旋天线的设计 1.1 四臂螺旋天线的设计 文中设计的倒F四臂螺旋天线的结构如图2所示。天线由4个完全相同的倒F天线组成，水平部分印制在介电常数为9.6，尺寸为60 mm× 60 mm，厚度为1 mm的矩形微波复合介质板上，垂直部分印制在相同的4个厚度为1 mm的FR4小介质板上。4个天线馈电为等幅馈电，相位按逆时针相位依次滞后90°，形成右手圆极化。
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>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)
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l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 2 640 r h R l 骣 ÷ ? ?÷ ?÷ ?桫 A h，（辐射阻抗Z S） （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。
画平面螺旋天线
画平面螺旋天线 1.首先，画一个平面，以一个圆面为例吧 2.然后，点击工具栏Draw/spiral，选择一个轴，这时弹出一个对话框，选择螺旋方向，半径，螺旋圈数3。点击确定螺旋即可画好，然后在绕z轴旋转180度，可得双臂平面螺旋天线 HFSS学习小结 已经接触HFSS近两个月了，想用于材料电磁场屏蔽的设计和计算，不知是否可行，now have followed the example _heat sink in the chapter 9.0 _ EMC/EMI in full book 10.0 成功的做出了个结果，现在把看到别人的、自己知道的做一下总结：The main process : building 3D solid modeling; set boundaries and excitations ; analyze the result Before we build the modeling, we should think about what kind of method we use, there are three kinds of solution type: driven model; driven terminal; eigenmode 模式驱动(Driven)------计算以模式为基础的S参数.根据波导模式的入射和反射功率表示S参数矩阵的解,波导,天线等用这个模式多终端驱动(Driven Terminal)------计算以终端为基础的多导体传输线端口的S参数。此时,根据传输线终端的电压和电流表示S参数矩阵的解----微带类用这个比较多! 本征模(Eignemode)-----计算某一结构的本征模式或谐振.本征模解算器可以求出该结构的谐振频率以及这些谐振频率下的场模式! Eignemode solver does not use ports and don’t support radiation boundaries. After launching the software, we should set tool options, included HFSS option and 3D modeler option Select the menu item tool >option we can see those options Software will open a project by default First step is select solution type HFSS>solution type Set the units 3D modeler>units 单位可以在其它状态下改变3D modeler包括了与模型有关的操作和设置Set default material 在set 一次后的情况下其后建立的modeler 都是在此material 下的在default 的情况下history 的列表中按材料的种类进行分类建立模型过程中使用相对坐标会很方便，3D modeler>coordinate system > create> relative CS >Offset , 在建模过程中可能要使用很多相对坐标，在set相对坐标的时候，offset是相对于当前CS的位移，在3D Modeler>coordinate system>set working CS 可以选择使某个坐标为当前工作坐标，在history 的coordinate system 的列表中显示所有的坐标系，当前工作坐标将有个W的标记。在模型复杂的时候需要用适当的方式进行选择某些面、体进行编辑，在edit 里提供了多种方式，常用edit>select>by name 在选择后可以set boundary 等一些操作同样可以在history里双击某项名字从而edit property，设置好boundary和excitation 就可以进行analysis setup HFSS>analysis setup>add solution setup 其中包括最大迭代次数maximum number of pass 每两步迭代之间的误差，看来上的数值分析还是有用的在analyze 之前运行一下model validation select the menu item HFSS>validation check 运行check 以后虽然没出现问题，也不能说明，模型正确，一定能计算出结果，只是说明完成了建模过程中的每个步骤,由message 窗口，得到信息，以便修改Analyze HFSS>analyze all 在message 窗口中可以知道analyze 的完成情况；从solution data 中有三个标签，其中主要可以从convergence中看出迭代计算的收敛情况；同样可以看到场的分布状况首先选择model 某个部位， HFSS>fields>fields从这个菜单中可以选择要显示电场或者磁场例子中选择的是地平面edit>select>by name>ground 显示某个部位的场分布HFSS>fields>fields>
阿基米德螺旋天线
阿基米德螺旋天线小型化研究 电子与信息技术研究院：田塽指导教师：宋朝晖 摘要：本论文介绍的是利用一种特殊的曲折臂方法对阿基米德螺旋天线进行小型化，并且通过在天线的末端加载一个圆环来改善天线的圆极化特性。首先利用CST Microwave-studio软件对设计的小型化天线及超宽带馈电巴伦（balun）进行计算机仿真；之后，根据仿真结果，加工最佳结构的天线与巴伦，并进行了测量。测量结果表明本课题对天线小型化的整体分析与设计是合理、有效的。 关键词：阿基米德螺旋天线；超宽带巴伦；天线小型化 Abstract：This paper introduces a special zigzag-arm method for the miniaturization of the conventional Archimedean spiral antenna and improves the circular polarization characteristic of the miniaturization Archimedean spiral antenna by adding a loop on the back of printed circuit board which the antenna in etched on. Firstly, a great deal of simulation of the miniaturization antenna and balun is made using CST（Microwave-studio）software. Then, according to the simulated results, we process the embodiment with the optimum parameters and test it. The experimental results verify the effectiveness of this antenna design. Key words：Archimedean spiral antenna ultra wide-band balun antenna miniaturization 1引言 阿基米德螺旋：一动点沿一直线作等速移动的同时，该直线又绕线上一点O作等角速度旋转时，动点所走的轨迹就是阿基米德涡线。直线旋转一周时，动点在直线上移动的距离称为导程用字母S表示。 超宽带（Ultra Wide Band, UWB）天线技术是超宽带雷达和导弹制导系统中的关键技术之一。应用超宽带天线制导的导弹将具有很强的信号接收能力和抗干扰能力，从而可以达到精确制导的军事目的。因此，发展超宽带天线技术具有极其重要的军事意义和现实意义。阿基米德平面螺旋天线，作为超宽带天线的一种形式，可以做得尺寸很小，也较轻，而且可以齐平安装，属于低轮廓天线，因此在最近的二十多年里，阿基米德平面螺旋天线得到了飞速的发展，不仅在雷达、导弹制导等军事领域得到广泛应用，同时也在民用领域发挥巨大作用，如它可以同时为GSM系统和卫星通讯系统提供服务。本课题的研究和设计任务就是寻找一种能够使传统的阿基米德螺旋天线小型化的方法[1]。 2适合课题要求的天线及巴伦的设计 2.1 天线的设计 根据本设计的技术指标和实际要求，本文提出的设计思想是采用曲折臂的方法对阿基米德螺旋天线进行小型化设计。为了使小型化以后的天线的带宽、增益、轴比和半功率角宽度都能达到设计指标，要经过各种天线模型与天线参数的调整，再通过CST软件进行计算机仿真，根据合适的结果进行实际的设计、制作和测试。 首先利用CST仿真软件建模并仿真了传统的阿基米德螺旋天线，天线结构如图2-1所示。由于本课题所要设计的天线的工作频率范围为0.8GHz—4GHz，由此得外径R =75mm，内径r =9.375mm。经过对大量小型化天线模型的仿真，最后选择了如图2-2所示的曲折臂阿基米德螺旋天线的结构（其中黑色为金属良导体，即天线臂；蓝色为聚四氟乙烯敷铜板，厚2.5mm，介电常数2.32）。小型化