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1、雷达与对抗 2004年 第4期31X平面螺旋天线的设计与实现XX陈小娟,袁乃昌(国防科技大学微波中心,湖南长沙410073)摘 要:平面阿基米德螺旋天线具有极宽的工作频带,然而其匹配平衡电路的宽频带实现则较难,尤其是在加反射腔以使其单向辐射时。在4～6GHz范围内仿真并实际制作出了用于某S波段雷达系统单向辐射的平面螺旋天线,给出了设计参数值、仿真结果及实测结果。关键词:阿基米德螺旋天线;宽频带;巴仑;反射腔中图分类号:TN823.31文献标识码:A文章编号:100920401(2004)04200312
2、03DesignandimplementmentofaplanarspiralantennaCHENXiao2juan,YUANNai2chang(Microwavecenter,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073,China)Abstract:PlanarArchimedeanantennacanworkinaverywideband,whilethewidebandmatchingnetworkisdifficulttobeimplemente
3、d,especiallyinaddingareflectingcavitytogetaunidirectionalradiation.InthisarticleaunidirectionalradiatingspiralantennaismodeledonHFSSbetween4GHzand6GHzandthenismadetoworkinanS2bandradarsystem,andthedesignparameters,simulationresultsandon2the2spottestarealsogiven
4、.Keywords:Archimedeanantenna;wideband;balun;reflectingcavity1 引 言[1]阿基米德螺旋天线是一种宽频带天线,因其结构紧凑、尺寸小、重量轻而得以广泛应用。图1所示为一两臂阿基米德螺旋天线,如果两臂等幅反相馈电,可在宽频带内获得双向的圆极化辐射,并且在很宽的频带内天线的输入阻抗不变。在天线平面的上方为右旋圆极化,下方为左旋圆极化,在天线背部加一反射腔则可得一单向圆极化辐射的天线。该天线近些年在电子[2,3]图1 两臂阿基米德平面螺旋天线战领域得到广泛的重视,主
5、要原因是其宽频带特加:性正好满足雷达对抗的需求。本文巧妙地利用反射腔r=r0+a<(1)作为四分之一波长巴仑,并调节内同轴介质的长短以式中,r0是起始半径,a是螺旋增长率,<是角度(弧获得宽频带内的平衡及匹配,效果良好。度)。但是不可能像非频变天线要求的那样按式(1)使其结构缩比到无限小。因此,对高端频率有所限制。2 工作原理但是,若用一根平衡馈线从平面螺旋中心馈电,那么馈电点附近,由大小相等方向相反的电流产生的辐射场阿基米德螺旋天线的半径随角度的变化均匀地增在远区互相抵消,在螺旋的周长接近一个波长时有最X收稿日期:
6、2004206229XX作者简介:陈小娟(1977-),女,江苏如皋人,国防科技大学电子科学与工程学院硕士研究生,主要从事微波电路、天线等领域的研究。©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.32雷达与对抗 2004年 第4期大辐射。由文献[4]知周长为λ的圆环上的行波电流密以增加有效辐射的圈数,提高增益,并且天线方向图将辐射圆极化波,因此,在周长为一个波长附近的区不至于抖动厉害,本文中天线绕13圈,线宽和间距都域,形成
7、平面螺旋的主要辐射区。当频率变化时,主要为0.3mm。辐射区随之变动,方向图基本不变。因此,天线具有宽由于需要获得单向辐射,所以需要用一反射腔,考频带工作特性。对应最低频率天线要有1.25λmax,对虑到增益问题,本文腔体内部不填充吸波材料。本文最高频率,由馈电点间隔尺寸决定,其间隔必须小于中取腔长为中心频率点波长的四分之一,馈电为同轴λmin/4。馈电,采用内导体直径1mm、外导体内径4mm、填充介为了避免电流在螺旋最外层的边沿上反射,通常电常数为2.2的聚四氟乙烯的同轴(特性阻抗50Ω),在最外层螺旋线的末端端接
8、吸收电阻或吸收材料。这如直接馈电则驻波将大于2,显然不希望如此。考虑样螺旋线上是行波电流,它产生的是圆极化波。如果到该尺寸空气介质同轴线特性阻抗为83Ω,如在Z0与存在从末端反射回馈电点的电流,它辐射的是反相圆50Ω之间加一段83Ω同轴线将会使驻波可调至最佳极化波。平衡馈电的巴仑可放在反射腔内,这样可避1.2左右,且此种结构较易实现,通过调节聚
