缝隙阿基米德螺旋天线及其小型化设计

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1、缝隙阿基米德螺旋天线及其小型化设计摘要：本文介绍了缝隙形式的平面阿基米德螺旋天线并与普通平面阿基米德螺旋天线进行了对比。在此基础上提出了一种将缝隙设计成曲折线的形式，末端采用电阻加载，采用直接同轴馈电的方式，浅背腔的设计，从而达到将平面螺旋天线小型化的目的。制作的小型化天线直径大小只有75mm厚度12mm，在0.9-4GHz的频带范围内有良好的阻抗特性和增益特性，满足工程使用的要求。关键词阿基米德螺旋天线、缝隙螺旋天线、小型化、电阻加载、曲折臂MiniaturizationofSlotPlanarArchimedeanSpiralAntennaInthispape

2、r，slotplanarArchimedeanspiralantennaandthecontrastbetweenitandthecommonplanarArchimedeanspiralareintroduced.Onthiscondition,theminiaturizationofslotplanarArchimedeanspiralantennarealizedbydesigningtheslotlineintheformofmeanderline,discreteresistanceloadingintheendofantenna,asimplefeed

3、andshallowreflectingcavities.Wegetanantennasamplewithadiameterof75mmandathicknessof12mm,theantennawhichisqualifiedtotheengineeringapplications,keepsgoodcharacteristicsofimpedancematchandgain.Keywords:planarArchimedeanspiralantenna，slotplanarspiralantenna，miniaturization，resistanceload

4、ing，meanderline1、引言平面螺旋天线[1]因其低剖面、圆极化、宽频带、易于共型等特点得到了广泛的应用。平面螺旋天线主要有等角螺旋天线和阿基米德螺旋天线两种形式。阿基米德螺旋天线是一种较为常见的平面螺旋天线，它的曲线方程为：（1）其中，为曲线上任意一点到极坐标原点的距离，为方位角，为起始角，为螺旋线起始点到原点的距离，为常数，称为螺旋增长率。通常采用印刷技术制造这种天线，并且使金属螺线的宽度等于两条螺线间的距离，以便形成自补结构，这样有利于实现宽频带的阻抗匹配。缝隙阿基米德螺旋天线具有和普通阿基米德螺旋天线相类似的性质，但由于其更易于加载和更低的剖

5、面在小型化方面难度低于普通的阿基米德螺旋天线。文章[2]给出了一种缝隙天线的设计，有效的解决了低剖面的问题，并改进了了平面螺旋天线的馈电方式。文章[3]提出了一种利用将平面阿基米德螺旋天线的双臂设计成曲折线的形式来进一步将平面螺旋天线小型化，本文在上述文章的基础上对缝隙平面螺旋天线进行了研究。2、天线的设计、仿真与制作螺旋天线可以分为以下几个部分：螺旋天线辐射面、馈电及巴伦、背腔。大多数情况下为了获得良好的低频特性还需要对天线进行加载。2.1天线辐射面的制作缝隙阿基米德螺旋天线的辐射面同样可以用印刷的技术制造，在整块铺铜的电路板上，蚀刻出两条互绕且中心相连的阿基米

6、德螺旋槽线。缝隙螺旋天线的辐射面主要的参数有辐射面的直径，螺旋线的螺旋增长率，缝隙的宽度。同普通的平面螺旋天线类似，辐射面的直径越大，天线的低频性能越好，当螺线直径小于时，增益不大，随着直径的增加，增益逐渐加大，最后到达某一上限。螺旋增长率越小，螺旋线的曲率半径越小。在螺旋线外径相同的条件下，螺旋线总长度大，则终端效应小，频带内的特性也较好[1]。天线辐射面的缝隙宽度与天线的输入阻抗密切相关，是影响天线驻波的重要因素。图1普通缝隙天线的实物图Figure1SlotPlanarArchimedeanSpiralAntenna如图1所示我们取缝隙螺旋天线的螺旋增长率为

7、1，圈数为5圈。图2是在其他条件相同情况下分别取缝隙宽度为0.3mm、0.5mm、0.7mm进行仿真的结果，仿真结果表明缝隙宽度越细，天线的输入阻抗越小。为了将馈电简化将输入阻抗设计在50左右，最终选择0.3mm的缝隙宽度，75mm直径来设计天线面。图2不同缝隙宽度输入阻抗对比图Figure2thecontrastofdifferentslotwide2.2天线的末端加载为了扩展天线的低频特性我们需要对天线进行各种形式的加载，常见的有将阿基米德螺旋天线的最外几圈设计成曲折臂的形式，文章[3]提出了几种类型的曲折臂并进行了分析。对阿基米德螺旋天线末端进行电阻加载,文

8、章[4]对