宽波段背腔槽隙螺旋天线的设计

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1、宽波段背腔槽隙螺旋天线的设计倪文俊蒋凡杰（中国电子科技集团公司第51研究所，上海201802）摘要本文介绍一种宽波段背腔槽隙螺旋天线，该天线具有极宽的频带，能在10：1以上带宽内保持较好的圆极化辐射性能，而且能很方便地将频带向低频段扩展。这种天线优于普通平面螺旋天线的一个显著特点就是剖面极低，非常适合于共形。本文介绍了这种天线的一般设计方法，提出了一种改进的馈电方式，制作了一个工作在0.4～4GHz，直径175mm，厚25mm的天线样品，实测结果能够满足工程使用要求。关键词螺旋天线、槽隙螺旋天线、宽带天线、共形天线中图分类号DesignofBroadba

2、ndCavity-BackedSlotSpiralAntennaNIWen-jun,JIANGFan-jie(ShanghaiResearchInstituteofMicrowaveEquipment,Shanghai201802,China)AbstractInthispaper,abroadbandcavity-backedslotspiralantennaisproposed.Antennasofthiskindcanmaintainexcellentnear-circularpolarizationradiationperformanceover

3、a10:1bandwidth,andextendingitsbandwidthtowardlowerfrequencybandisveryeasy.Anotablefeatureoftheantennaistheextremeshallowcavitythatcanbeconformallymountedonvehicles.Thispaperintroducedthebasicapproachofdesigningtheantennaandbroughtupanimprovedfeed.Anantennasamplewithadiameterof175

4、mmandathicknessof25mmdeliversanexcellentradiationperformancefrom0.4GHzto4GHz.Thesampleisqualifiedtotheengineeringapplications.Keywordsspiralantenna,slotspiralantenna,broadbandantenna,conformalantenna1引言槽隙螺旋天线可近似看成是平面螺旋天线的互补形式，因而它与平面螺旋天线一样，也是一种非频变天线，并具有超宽的频带，稳定的增益和较低的轴比。大家知道，平面螺旋天

5、线为获得单向辐射图，必须在天线面的一侧放置一个填满吸收材料的背腔。这是因为平面螺旋天线依赖电流（在导电的螺旋线上流动）的辐射，电流产生的腔反射波与向外的辐射波在相位上是不一致的，除非腔足够深（通常为最低工作波长的1/4）或者腔内填满了吸收材料，这样一来，不但损失了至少3dB的增益，也增加了天线厚度。而槽隙螺旋天线则利用槽线进行辐射，激励槽线的是磁流而非电流，因此可以用一个浅至最低工作波长1/10～1/100的背腔加强（而非吸收）辐射[1]，使得增益提高而剖面降低。在需要共形设计的场合，选择槽隙螺旋天线是非常合适的。2天线结构一般，槽隙螺旋天线由巴伦与馈电

6、、螺旋槽终端电阻和背腔三大部分构成。在天线的一面，蚀刻有两条互绕且中心相连的阿基米德螺旋形槽线，最外圈的一段槽线上旋转对称地跨接着两组终端电阻，用来降低轴比；在天线的另一面，一条微带线以背面构成辐射槽的金属区域作为其金属地，沿螺旋线由外而内绕至天线中心，在穿过天线中心后通过一个金属化孔的过孔与背面金属地连接，这条被称为“无限巴伦[2]”的渐变微带线同时起到了巴伦和阻抗渐变的作用；另外，为使天线单向辐射，刻有槽线的一面还需要增加一个反射背腔。大多数资料中介绍的槽隙螺旋天线都使用了上面介绍的这种平面“无限巴伦”完成馈电与阻抗变换[3][4]。在天线的输入端，

7、同轴系统的阻抗为50Ω，而槽线的阻抗一般设计在120～140Ω左右，也就是说微带线在天线中心的阻抗应为60～70Ω，这样即使不采取阻抗渐变，端口反射系数也不至过大。因此我们采用了在天线中心由同轴电缆直接垂直馈电的方式，电缆外皮焊接在背面的一侧金属地上，内芯穿过基板后再回接到另一侧金属地上。这种方式使天线的驻波曲线呈现出“高通”的特性，同时减小了馈线损耗，并使天线的馈电点基本处于天线面中心，方便安装使用，天线面也由以前的双面板简化成了单面板。我们研制的天线面实物如图1、2所示：图1.天线面正面（无金属层，只有中心馈电）图2.天线面背面（显示了辐射槽、终端电

8、阻和同轴馈电，为观察方便，拿开了背腔）1设计方法本文给出的槽隙螺旋天线口径为Φ1