螺旋天线几何尺寸的优化设计

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1、2003年9月沈阳航空工业学院学报Sep.2003第20卷第3期JournalofShenyangInstituteofAeronauticalEngineeringVol.20No.3文章编号:10071385(2003)03005802螺旋天线几何尺寸的优化设计高建平(沈阳航空工业学院电子工程系,辽宁沈阳110034)摘要:本文首先导出了螺旋天线输入阻抗的计算公式。然后,在使天线输入阻抗满足技术要求的条件下,对螺旋天线的几何尺寸进行了优化设计。关键词:螺旋天线;输入阻抗;几何尺寸;优化设计中图分类号:TN82文献标识码:A2Zin=R

2、in+jXin=j30ν00Pi0(0)0引言其中:j=-1;io(0)=sinKL=螺旋天线的几何参数为:2πl22sin(πD)+h;2R0=D———螺旋直径;λhL′L′h———螺距;ν00=〔cosv{G(v)〔f(v)-1〕+G(u)〔f(u)2l———螺旋天线的轴向长度;∫0∫0n———螺旋圈数;+1〕}-cos(2L′-u){G(v)〔f(v)+1〕+△———螺距(倾)角;G(u)〔f(u)-1〕}〕dsds′;C———螺旋天线每一圈的周长;u=s+s′;v=s-s′;2L———绕制螺旋天线作用导线的实际长度;2πl(πD)

3、22L′=KL=+h;λha———绕制螺旋天线所用导线的横截面半径。-jr(x)e22x2x2螺旋天线几何参数之间的关系为:G(x)=;r(x)=〔4c1sin()+4c2()+r(x)2c2c222C=(πD)+h21P2b〕;h△=arctan(πD)12x22πR0πDf(x)=2〔c1cos()+c2〕;c1==;ccλλ2l=nh2L=ncc2=hPλ;c=c22(πD)2+(h)2;1+c2=λλ本文所设计的法向模螺旋天线与直杆天线相λpλoD2.5D0.5-1P2比,在辐射电阻相同的条件下,其轴向尺寸可缩短b=2πaPλ;2

4、l==〔1+20()()〕44hλo0.79倍,即2l≥0.79l0(l0为直杆天线的轴向尺30.420D寸),把该天线用于作战坦克的通信系统中,可以或h=λo2;λ=vPf(v=3×λo〔()-1〕提高安全性能和机动性能。8l810mPs);λo=vPfo=8.57m(中心波长)。1法向模螺旋天线输入阻抗的计算公式2法向模螺旋天线的优化设计对于中心馈电的对称螺旋天线,其输入阻抗2.1技术要求可用下式进行计算:根据实际需要,对法向模螺旋天线提出如下技术要求:收稿日期:20030325工作频率为:20MHz≤f≤50MHz(中心频率作者简介

5、:高建平(1966)男,辽宁黑山人,教授fo=35MHz)。螺旋天线的几何尺寸为:1750mm≤2l≤第3期高建平:螺旋天线几何尺寸的优化设计591850mm;30mm≤2Ro≤40mm;3mm≤a≤4mm。上述过程,直到得到满足技术要求的螺旋天线几螺旋天线的输入阻抗(Zin=Rin+jXin)应满何尺寸为止。足:10Ω≤Rin≤250Ω;

6、Xin

7、≤2800Ω。2.3优化设计结果电台内阻为:Zo=Ro=50Ω。经编程计算得到满足技术要求的螺旋天线的几何尺寸为:2.2优化设计轴向长度:2l=1805mm;螺旋直径:D=在中心频率处(fo=

8、35MHz,λo=8.57m),首30mm;螺距:h=46mm;螺旋圈数:n=39.2;导线先取螺旋天线轴向长度2l=1750mm,设计出螺旋的横截面半径:a=4mm;螺旋天线的导线(实际)直径(D)、导线横截面半径(a)及螺矩(h),以使其长度:2L=4115mm。对应的输入阻抗的实部(Rin)值尽可能接近电台按上述几何尺寸所确定的螺旋天线的输入阻内阻(55Ω≥Rin≥45Ω);然后,令频率变化(20MHz抗的实部及虚部的频率特性(曲线)绘制于图1≥f≥50MHz),检验输入阻抗是否满足技术要求;中。如不满足,则增加轴向长度(步长取为5

9、mm)重复图1输入阻抗的频率特性曲线参考文献:院出版社,1985[2]任朗.天线理论基础[M].北京:人民邮电出版社,1980[1]谢处方,邱文杰.天线原理与设计[M].西安:西北电讯工程学OptimizationdesignofgeometricalsizeofspiralantennaGAOJianping(DepartmentofElectricEngineering,ShenyangInstituteofAeronauticalEngineering,LiaoningShenyang110034)Abstract:Inthispa

10、per,acalculationformulaofaspiralantennawithinputimpedanceisdeduced,thenthegeometricalsizeofaspir