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图３驻波测试曲线
１．４测试结果 由于阿基米德螺旋天线是螺旋天线，需要测试其圆极
化性能。方向图测试时要分几种情况分别测量，即在发射 天线水平或垂直极化时，将螺旋天线旋转一定测试角度 （如４５。），然后再由测试数据计算得到天线圆极化特性， 图４为螺旋天线水平放置，发射天线垂直极化时测得的两 个频率对应方向图。天线在同样条件下放置时的增益曲 线如图５所示。由天线各方向放置时测得的方向图曲线 得到天线的轴比如图６所示。
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ａｒｃｈｉｍｅｄｅａｎ ｓｐｉｒａｌ ａｎｔｅｎｎａ｝ｗｉｄｅｂａｎｄ ｃｉｒｃｕｌａｒｌｙ ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ；Ｃｕｍｂｅｒｌａｎｄ
平面螺旋天线是一种宽频带天线，因其频带较宽、尺 寸小、重量轻、容易实现圆极化而在超宽带及抗干扰等技 术中得以广泛应用。常用的平面宽带螺旋天线有阿基米 德螺旋天线和平面曲折螺旋天线等，这类天线都有互补周 期性结构，能够在较宽频带内保持天线的输入阻抗特性不 变，易于匹配。本文针对双臂螺旋天线，采用反射腔作为 １／４波长巴伦，采用空心同轴变换段来获得较宽频带的阻 抗匹配，并研究了天线介质板厚度对性能的影响。
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宽带平面螺旋天线的研究与设计
易礼智
（湖南工程职业技术学院 湖南长沙４１０１５１）
摘要：平面螺旋宽带天线具有频带较宽、体积较小、圆极化性能较好等特点，应用范围很广．但是这种天线增益较低， 馈电匹配较难实现，尤其是前者，使得其性能大打折扣。通过研究影响平面螺旋宽带天线增益和馈电匹配的主要因素，设计
１设计与实现
图１所示为双臂阿基米德螺旋天线，其半径随角度的 变化均匀的增加，由于该类天线不能像非频变天线要求的 那样缩比到无限大或者是无限小，因此，这类天线对高端 频率有所限制，同样由于结构尺寸限制，终端对电流截止， 使得低频端会有振荡。 １．１ 天线辐射元的设计
阿基米德螺旋天线是一种自互补天线，即天线臂宽与 间隔相等。对于自互补结构的天线，由巴俾涅原理知其输 入阻抗为６０，ｆｆｌ［１］。如微带衬底介电常数为ｅ，，则输入阻 抗Ｚｏ一６０７ｒ／￣／（￡，＋１）／２，选择普通基板ｅｒ一４．６，基片厚
ＹＩ Ｌｉｚｈｉ （Ｈｕｎａｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｃｏｌｌｅｇｅ．Ｃｈａｎｇｓｈａ。４１０１５Ｉ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｌａｎａｒ Ａｒｃｈｉｍｅｄｅａｎ ａｎｔｅｎｎａ ｈａｓ ｓｏｍｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｓ ｗｉｄｅｂａｎｄ，ｓｍａｌｌ ｖｏｌｕｍｅ ａｎｄ ｇｏｏｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎ ｃｉｒｃｕｌａｒｌｙ ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ，ＳＯ ｉｔ ｈａｓ ｂｒｏａｄ ａｐｐｌｉａｎｃｅ ｐｒｏｓｐｅｒｉｔｙ．Ｂｕｔ ａｌｓｏ ｉｔ ｈａｓ ｌｏｗ ｇａｉｎ ａｎｄ ｉｓ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｆｏｒ ｍａｔｃｈｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ ｒｅｄｕｃｅｓ ｉｔｓ ｃｈａｒａｃ－ ｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａ ｌｏｔ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒ ｗｈｉｃｈ ｇａｉｎ ａｎｄ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｏｆ ｐｌａｎａｒ Ａｒｃｈｉｍｅｄｅａｎ ａｎｔｅｎｎａ ｉｓ ｄｅｅｐｌｙ ｓｔｕｄｉｅｄ，Ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｄｅｓｉｇｎｓ ａ ｗｉｄｅｂａｎｄ ｐｌａｎａｒ ｓｐｉｒａｌ ａｎｔｅｎｎａ ｗｉｔｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｆｒｏｍ ２～７ ＧＨｚ．Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ ｔＯ ｓｏｍｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｆｏｒ Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎ ｐｌａｎａｒ Ａｒｃｈｉｍｅｄｅａｎ ａｎｔｅｎｎａ．
点，电流节点，从而这种结构有一定的扼流作用。
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米德螺旋天线，给出的测试结果表明这类天线驻波带宽 （ＶＳＷＲ＜２）可以达到８倍频程以上；方向图在低端３ ｄＢ 宽度（半功率宽度）较宽，随频率的增加逐渐变窄；设计频 带内增益在２ ｄＢ左右；天线轴比在３ ｄＢ以内，且越到高 端，轴比越大，圆极化性能越差。
２结 语
本文仿真并设计了带宽为２～７ ＧＨｚ的平面双臂阿基
图４测试得到的方向图曲线
图５增益曲线
图６天线轴比 参考文献 ［１］康行健．天线原理与设计［Ｍ］．北京：国防工业出版社，１９９５． ［２］Ｆｏｓｔｅｒ Ｐ Ｒ，Ｓｏｅ Ｍｉｎ Ｔｕｎ．Ａ Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｂａｌｕｎ Ｆｒｏｍ Ｃｏａｘｉａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｏ ＴＥＭ Ｌｉｎｅ．Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏ．４０７，ｌＥＥ， １９９５：２８６—２９０． ［３］陈小娟，袁乃昌．平面螺旋天线的设计与实现口］．雷达与对 抗，２００４（４）：３１—３３．
图２ Ａ／４扼流套式平衡器
１．３输入阻抗匹配设计 由阿基米德螺旋天线的辐射机理可知，要保证辐射为
轴向辐射，辐射场为圆极化，必须要求等辐反相对其馈电， 即要求平衡馈电，而同轴线是不平衡馈电系统，所以应在 馈电端与天线之间加一个不平衡至平衡的变换器，即巴 伦。宽频带的同轴线到微带线的转换巴伦通常采用锥削 巴伦［２］，驻波带宽可以达到８倍频程以上，但是这种巴伦 不易于加工，并且在巴伦变换段出现了射频泄漏，会影响 天线的方向图，本文采用一种窄带的匹配口］，采用了空心 的同轴变换段代替巴伦，这种结构带来了馈电不平衡等影 响，但是加工实验方便，前期设计时可以采用。
作者简介 易礼智 男，１９８０年出生，湖南涟源人，教师．主要从事自动检测与控制技术方向的研究。
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万方数据
宽带平面螺旋天线的研究与设计
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)：
易礼智， YI Lizhi 湖南工程职业技术学院,湖南,长沙,410151
现代电子技术 MODERN ELECTRONICS TECHNIQUE 2008,31(11)
参考文献(3条) 1.康行健 天线原理与设计 1995 2.Foster P R.Soe Min Tan A Wideband Balun From Coaxial Line To TEM Line 1995
3.陈小娟.袁乃昌 平面螺旋天线的设计与实现[期刊论文]-雷达与对抗 2004(04)
本文链接：/Periodical_xddzjs200811037.aspx
收稿日期：２００７—１０一１９ １０８
万方数据
度ｈ一１ ｍｍ，这样天线的输入阻抗约为ｚ０—１１２．６ Ｑ。天 线外圈周长必须大于１．２５倍Ａ。。，馈电点问距必须小于 ２ｍｉ．／４。
图１ 阿基米德螺旋天线 １．２ 背腔设计
要获得单向辐射，需要用到反射腔，也可以在背腔内 填充吸波材料，考虑到增益，本文腔体内部不填充吸波材 料，而直接采用Ｍ４扼流套作为背腔。其基本结构如图２ 所示，在同轴线外部加上一个长度为Ａ／４的金属套，底端 与同轴线外皮短接，该金属套与同轴线的外导体构成一个 特性阻抗为Ｚ的新同轴线Ｌ，且终端短路。易知，终端短 路的３．／４长的同轴线有开路效应即从Ｌ顶端向下看去，特 性阻抗为ｚｆ的同轴线的输入阻抗为无穷大，也就是说如 果在该段传输线上有电压电流分布，则最顶端为电压腹
了２～７ ＧＨｚ范围内的宽频带平面螺旋天线。理论分析和仿真实验结果表明，对改善平面螺旋宽带天线的性能有一定的工 程参考价值。
关键词：阿基米德螺旋天线；宽频带；固极化性；巴伦
中图分类号：ＴＮ８２
文献标识码：Ｂ
文章编号：１００４—３７３ｘ（２００８）１１—１０８—０２
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｐｌａｎａｒ Ｓｐｉｒａｌ Ａｎｔｅｎｎａ
本文针对空心同轴段长度及基板厚度做过实验，分别 测试对天线输入驻波的影响。空心同轴段取６～１０ ｍｍ， 介质基板厚度取０．５～１．５ ｍｍ，发现在空心段长为８ ｍｍ， 基板厚为０．５ ｍｍ时，驻波特性较好，驻波测试曲线如图３ 所示。在１～８ ＧＨｚ的宽频带内驻波都小于２，证明这种 窄带匹配还具有不错的效果。