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1、第25卷 第3期制 导 与 引 信Vol.25No.32004年9月GUIDANCE&FUZESep.2004文章编号:167120576(2004)0320040204圆锥螺旋天线的设计和仿真徐 琰, 汪智萍(上海航天技术研究院802所,上海200090)摘 要:简要介绍了螺旋天线的特点、原理和设计方法,以及不同形式的螺旋结构,设计了圆锥螺旋天线,运用以有限元法为原理的软件HFSS对螺旋天线进行仿真,并与测量结果进行比较,仿真结果与测量结果吻合。关键词:螺旋天线;轴比;有限元法中图分类号:TN823.31文献
2、标识码:ATheDesignandSimulationofaConicalSpiralAntennaXUYan,WANGZhi2Ping(No.802InstituteofSAST,Shanghai200090,China)Abstract:Presentsthecharacteristicsanddesignofaspiralantenna.Thekindsofthespiralstructuresarealsointroduced.WiththeapplicationofAnsoftHFSSsoftware
3、basedontheFiniteElementMethod,thespiralantennaissimulated.Thenumericalresultsareverifiedbymeasure2mentsandreasonableagreementsbetweenthetheoryandexperimentisobtained.Keywords:spiralantenna;axialratio;FiniteElementMethod尺寸变化,但输入阻抗却近似不变,其它电性能变0 引言化也较缓慢。这类天线称为行
4、波天线,包括常用的菱形天线、螺旋天线等。为了满足灵活性和通用性,常常要求天线能螺旋天线具有多方面的宽频带特性,无论是以令人满意的方向图、阻抗和极化特性工作于很方向特性、阻抗特性还是极化特性都是宽带的,而宽的频带范围内。线性振子天线的频带是很窄且具有体积小、重量轻、频带宽、圆极化特性好等的,因此增加振子直径只能略微展宽一些频带,一优点,因而得到了广泛的应用。般很少能大于所设计的中心频率的百分之几。驻波天线,也称为谐振天线,有明显的谐振特性,工1 螺旋天线作频带很窄。展宽频带的一个重要途径是使天线电流工作于行波状态
5、,当频率改变时,尽管天线电1.1 螺旋天线的结构与几何特性将金属导线或金属带绕制成一定尺寸的圆柱收稿日期:2004204206作者简介:徐琰(19772),女,工程师,从事天线技术的研究。或圆锥螺旋线,一端用同轴线内导体馈电,另一端©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第2期徐 琰,等:圆锥螺旋天线的设计和仿真 41处于自由状态或与同轴线外导体联接。为了消除 如果螺旋天线一圈的长度等于一个波长,那同轴线外皮上的电流和
6、作螺旋线电流的回路,一么天线导线的总长度就有n个波长(n为圈数)。般在其末端接一金属圆盘,这样便构成了一个螺电流沿线不断辐射,到达终端时入射功率已经不旋天线。螺旋线的直径可以是不变的(圆柱螺旋多,终端引起的反射也必然不大,反射电流又沿线天线),也可以是渐变的(圆锥螺旋天线)。螺旋天不断辐射,到达输入端的反射功率很少。所以螺线的几何结构和几何参数示意图,如图1所示。旋天线的输入阻抗近似等于特性阻抗,在宽频带范围内随频率几乎不变,使天线的输入阻抗频带相当宽。一般,输入阻抗几乎是纯电阻,可表示为CRin=140λ[2
7、]式中,C为天线周长。1.3 螺旋天线的几种常用形式a 几何结构除了如图1所示的均匀圆柱螺旋天线外,还有圆锥、准圆锥螺旋天线。大概归纳如下:a) 如图2(a)是靠近开放终端的两圈成圆锥形的均匀圆柱螺旋,这样可以减少反射电流,可以提高轴比;b 几何参数b) 如图2(b)是圆锥螺旋天线,它与圆柱螺图1 螺旋天线的几何结构和几何参数旋天线相比增益峰值稍稍下降,但天线的轴比、副Fig.1Thegeometricalstructuresandparametersofa瓣特性得到了改善;spiralantennac) 如图
8、2(c)是由两段或多段不同半径的 螺旋天线的几何特性用螺旋直径D、螺距S均匀圆柱螺旋组成的,如图2(d)是由均匀螺旋段和圈数n等结构参数来描述:和圆锥段组成的,这两种准圆锥螺旋天线(非均匀a) 螺距角α=arctgS/πD;螺旋天线)的带宽比任意单一半径的均匀圆柱螺222b) 圈长L=(πD)+S;旋的带宽要宽得多。c) 轴向长度l=nS。螺旋天线的辐射特性取决于它的直径波长比D/λ
