一、设计题目:螺旋天线的仿真设计
二、设计目的:
(1)熟悉Ansoft ＨFSS软件的使用。
（2）学会螺旋天线的仿真设计方法。
(3)完成螺旋天线的仿真设计,并查看S参数以及场分布。
三、设计要求:
螺旋天线是一种常用的典型的圆极化天线，本设计就是基于螺旋天线的基础理论及熟练掌握HFＳS1０软件的基础上的，设计一个右手圆极化螺旋天线,要求工作频率为4G，分析其远区场辐射特性以及S曲线。
螺旋天线通常用同轴线馈电,天线的一端与同轴线的内导体相连，另一端则处于自由状态。
螺旋天线示意图如图1所示:
图1、螺旋天线
四、设计参数:
中心频率f=4GHｚλ=75mｍ
螺旋导体的半径ｄ＝0．15λ=１1.２5ｍm
螺旋线导线半径a=０．5ｍm
螺距s－0.２λ=1５mm
圈数N=7
轴向长度ｌ=Ns
五、设计步骤
在HFSS建立的模型中，关键是画出螺旋线模型。画螺旋线,现说明螺旋线模型的创建。
求解类型设置与上两个设计一样，材料为copper，模型单位为mｍ，螺旋线的创建如下。
点击Draw>Circle，输入圆的中心坐标。X:11.2５Y：0 Z:０,按回车键结束。输入圆的半径dX:０.5 ｄY:0 dZ:0 按回车键结束输入。在特性窗口中将Ａxis改为Ｙ。点击确认。选中该ciｒcle。点击Drａw>Ｈeliｘ，输入X:0 Ｙ：0 Z：-7.5,按回车键结束输入,输入ｄX:０dＹ:0 ｄZ;100
按回车键，在弹出的窗口中，ＴurｎDirectiｏns:Ｒigｈt Haｎd Ｐitch:１5(mm) Ｔunｓ:7 Ｒaｄius ｃhange per Tuｒn:0点击OK。在特性窗口中选择Atｔｒｉbutｅ标签，将名字改为Heｌix。建立螺旋天线与同轴线相连的连接杆ring。
点击Draw>Cyliｄer,创建圆柱模型。输入坐标为X：11.2５Ｙ:0 Ｚ;0 ，按回车键结束输入，输入半径dＸ:0.５dY:0 dZ:0 ，按回车键结束输入，输入圆柱长度dX;０dY:０ｄＺ:-3,按回车键结束输入，在特性窗口中选择Attribute选项卡，将名字改为riｎｇ,点击确定。为了把Heｌix和rｉｎｇ连接起来，创建一个球体Spｈerｅ1，点击Dｒａw＞Ｓpherｅ，输入球心坐标X：11．２5Y：0Z:0输入球体半径，dX：0.５dY：０dZ:0 并将其名字改为Spheｒe,为了将三者结合起来，按下Ctｒl+Ａ，点击３Dｍｏdeｌer>Boｏｌeａn＞Uniｔｅ.,点击OK结束。形成的模型如下如图1所示。
建成之后,在螺旋线下端建立同轴线馈线,并且螺旋线下端与其内芯相连,上端悬空。并设立辐射边界条件与端口激励和扫频设置,保存、运行后处理操作。
六、试验截图:总体结构图如下图所以：
Ｓ参数曲线图如下图所示:
3Ｄ辐射图如下图所示
辐射方向极坐标图1如下图：
辐射方向极坐标图２如下图：
七、设计总结：
这次微波技术与天线的螺旋天线的仿真设计中遇到了许多的问题,首先是没有具体的设计参数和步骤,其次是涉及许多的专业知识和实践经验等许多问题。但是通过老师及学长和学姐的热心帮助,和自己的不断努力和尝试,最后终于完成了实验，通过这次的课程设计，让我对这门课程的知识有了更深的认识，对我以后的学习有了很大的帮助。让我明白以后分析问题要更加全面,以及和实际情况的联系。
一般成品螺旋天线都用导电性能良好的金属线绕成并密封好,其工作原理下： 图1 所示一般天线结构示意图。D是螺旋天线直径，L是螺旋天线长度，ρ是螺距，Ⅰ、Ⅱ是螺旋线上相对应两点。 一般可以认为，电磁波沿金属螺旋线以光速C作匀速运动。 从Ⅰ点到Ⅱ点即进行一个螺旋，所需时间为 t = πD/C 而对螺旋天线而言，其轴向电磁波只运动行进了一个螺距ρ，其轴向等效速率 υ=ρ/t =ρ/C (πD) 这种关系也可用图2形式解释。由图2可知： υ=Csinθ=Cρ/（πD）≤C 由上式可以看出，υ总是小于等于C的。故螺旋天线能使电磁波运动速度减慢，是一个慢波系统，其等效波长λ等效小于工作波长λ。对于螺旋天线而言，应谐振于其1/4等效波长，因而能缩短螺旋天线的几何长度。 对于工作于一定中心频率的通讯机来说，其所需绕的线圈数N可以由下式近似算出：
螺距：υ=L/N 所需金属线长度：ι=NπD 对于一般通讯机可取 L=20~40cm D=10~20mm 下表是对一些常用频率螺旋天线的设计实例，其他频率也可类似设计。 f是工作中心频率； D是螺旋天线直径； L是螺旋天线长度； N是螺旋圈数； ι是所需金属线长度。 以上N、ρ为了实际制作需要均取近似值。 制作时可用直径0.5~1.5mm漆包线或镀银铜线或铝线在直径为D的有机玻璃或其他绝缘材料上绕制，并在棒的两头打上小孔，以利于固定金属线；在棒的底端焊上较粗的金属杆或插头固定在棒上，以利于与机器连接；整个螺旋天线的外面可用橡胶管或其他材料套封，并在顶端盖上橡皮帽或用其他材料密封，这样既美观大方，又防雨防蚀，经久耐用。如果没有上述金属丝，也可采用多股细绝缘导线代替，效果相同，只是绕制时固定较为困难。 以上螺旋天线也可用于各种小型遥控设备及其他类似机器上。 为了比较慢波天线与常规拉杆天线的不同，说明慢波天线尺寸较小的优点，我们可对拉杆天线作一计算。 设定参数如下：
一种小型平面螺旋天线 龙小专1 袁飞2 （西南电子设备研究所，成都四川，610036） 摘要：平面阿基米德螺旋天线是一种宽频带天线，其尺寸由低端工作频率决定，在许多实际应用中常需对其进行小型化设计。本文通过末端离散电阻加载设计，实现了天线的小型化。本文结合设计的小型平面马欠德平衡器馈电装置，得到了一种小型平面阿基米德螺旋天线。 关键词：平面阿基米德螺旋天线，小型化，电阻加载，平面马欠德平衡器 A Miniaturized Planar Spiral Antenna Long Xiaozhuan 1 Yuan Fei 2 (Southwest Institute of Electric Equipment, Chengdu, Sichuan, 610036) Abstract: Planar Archimedean spiral antenna was a broadband antenna, whose dimension was determined by its lowest working frequency, and it’s necessary to do some miniaturization design in many practical applications. The miniaturization of the antenna was realized by discrete resistance loading in the end of antenna. A miniaturized planar Archimedean spiral antenna was achieved, integrated with the feeding device of a miniaturized planar Marchand balun designed in this article. Keywords: Planar Archimedean Spiral Antenna; Miniaturization; Resistance Loading; Planar Marchand Balun 1 引言 2 电阻加载 平面阿基米德螺旋天线是一种宽频带天线，因其具有结构紧凑、重量轻、输入阻抗恒定、相位中心固定、辐射圆极化波等特点，在诸多领域有着重要的应用[1]。随着系统的发展要求，天线的小型化成为天线设计中的重要发展方向。一般来说，圆形平面阿基米德螺旋天线的外径至少应大于最低工作频率的波长除以π。若需再扩展天线的低端工作频率，或减小天线的尺寸，则需对天线进行小型化设计。在众多的小型化技术中，电阻加载不仅可以减小天线的驻波比，还可以显著减小天线的轴比，其应用最为广泛[2]。本文采用这种技术，对平面阿基米德螺旋天线末端进行离散电阻加载，并应用所设计的小型平面马欠德平衡器，最终得到一个工作于2.5GHz～6GHz的平面螺旋天线，其总尺寸仅为Ф30mm×25mm。 平面阿基米德螺旋天线一般由辐射螺旋面、馈电平衡器和背腔三大部分构成。在天线的设计中，可先分别对三个部分进行设计，然后再进行综合设计。辐射螺旋面一般是在一块圆形的介质基板的一个面上印制两根或多根螺旋线，螺旋线的半径随角度变化而均匀的增加，其极坐标方程可表示为： r=r0+aφ （1）
一种低剖面平面螺旋天线的设计 [ 录入者:天线微波 | 时间:2008-12-19 12:31:09 | 作者:景小东张福顺 | 来源:Error! Hyperlink reference not valid. | 浏览:498次 ] 摘要文章提出了一种低剖面平面螺旋天线的设计方法，用金属反射板代替传统的A ／4反射腔来实现螺旋天线的单向辐射，并在螺旋末端接以阻性负载，以改善天线的电性能。实验结果表明，对于工作频带为1．3GHz～2．1GHz的四臂平面阿基米德螺旋天线，在保证天线特性的前提下，整个天馈结构的厚度减小至17ram。 0 引言 平面螺旋天线由于其结构的自相似性，能在很宽的频带内辐射圆极化波，因而获得了广泛的应用¨J。平面螺旋天线的辐射是双向的，但在实际应用中，往往要求天线具有单向辐射特性。通常的做法是，在螺旋天线的一侧加装反射腔，并根据实际情况在腔内填充微波吸收材料。这种做法能使天线达到相当宽的频带(2GHz～18GHz) 』，但其最大的缺点是，由于微波吸收材料的存在，近一半的辐射能量将被吸收掉 J，这使得天线的效率大大降低；即使不填充吸收材料，反射腔A／4的高度又使得天线的厚度过大，这在某些应用中又令人难以接受。 文章根据四臂平面螺旋天线的原理，设计了相应的馈电网络，将其地板作为天线的平面反射器，代替A／4反射腔，并在螺旋终端接阻性负载，以减小由镜像电流引起的互耦对天线电性能的影响。 通过调整天线辐射器与馈电电路板的间距，在保证天线电性能的前提下，使天线厚度减薄至17ram，满足低剖面要求。 1 天线设计 1．1 平面阿基米德螺旋天线 平面螺旋天线的基本形式为等角螺旋天线和阿基米德螺旋天线，在结构上又有单臂、双臂、四臂之分。文章采用四臂平面阿基米德螺旋天线，其结构如图1所示。其中螺旋臂1的两条边缘线满足的曲线方程分别为：
螺旋天线综述 1 引言 螺旋天线(helical antenna)是用导电性良好的的金属做成的具有螺旋形状的天线。螺旋天线具有圆极化，波束宽度宽的优点，因此被广泛在卫星通讯，个人移动通信中。 同轴线馈电是螺旋天线的常用馈电方式，可以采用底馈或者顶馈，此时同轴线的内导线和螺旋线的一端相连接，外导线则和接地板（金属圆盘或矩形板状等）相接，螺旋线的另一端是处于自由状态。 螺旋天线既可用做反射镜或透镜的辐射器，也可用做单独的天线（由一个或几个螺旋线组成）。 2 螺旋天线的发展 螺旋天线的辐射能力是美国科学家 JohnD.Kraus于1947年在实验中发现的，自此之后，螺旋天线以其在宽频带上具有近乎一致的电阻性输入阻抗和在同样的频带上按“超增益”端射阵的波瓣图工作特点很快在各领域得到了广泛的应用。许多学者对螺旋天线的辐射特性进行了研究，给出了螺旋天线辐射设计多经验公式。 20世纪70年代，苏联科学家尤尔采夫和鲁诺夫对各种形式的螺旋天线进行了比较系统的理论分析和设计研究。此后各国学者进行了这方面的研究，延伸出了很多变种，尤其是四臂螺旋天线因其高增益，方向性好，圆极化的特点，得到了深入的发展和实际应用，如图1所示。 2008年弗吉尼亚大学的Warren Stutzman教授制成了一种六臂螺旋天线，如图2所示。天线实现了几乎最优化的UWB性能，通过采用围绕一个金属中心核而卷绕的臂来维持与臂之间相对不变的距离，几乎完整的利用了天线罩内的整个三维空间。该天线具有10:1的瞬间带宽，它可以被用于频域、多带宽、多信道应用以及时域或脉冲应用。在低成本的应用中，该设计可以被蚀刻在天线罩的内部，或由曲线或曲管构建。
一种小型平面螺旋天线 龙小专1袁飞2 （西南电子设备研究所，成都四川，610036） 摘要：平面阿基米德螺旋天线是一种宽频带天线，其尺寸由低端工作频率决定，在许多实际应用中常需对其进行小型化设计。本文通过末端离散电阻加载设计，实现了天线的小型化。本文结合设计的小型平面马欠德平衡器馈电装置，得到了一种小型平面阿基米德螺旋天线。 关键词：平面阿基米德螺旋天线，小型化，电阻加载，平面马欠德平衡器 A Miniaturized Planar Spiral Antenna Long Xiaozhuan 1Yuan Fei 2 (Southwest Institute of Electric Equipment, Chengdu, Sichuan, 610036) Abstract: Planar Archimedean spiral antenna was a broadband antenna, whose dimension was determined by its lowest working frequency, and it’s necessary to do some miniaturization design in many practical applications. The miniaturization of the antenna was realized by discrete resistance loading in the end of antenna. A miniaturized planar Archimedean spiral antenna was achieved, integrated with the feeding device of a miniaturized planar Marchand balun designed in this article. Keywords: Planar Archimedean Spiral Antenna; Miniaturization; Resistance Loading; Planar Marchand Balun 1 引言 平面阿基米德螺旋天线是一种宽频带天线，因其具有结构紧凑、重量轻、输入阻抗恒定、相位中心固定、辐射圆极化波等特点，在诸多领域有着重要的应用[1]。 随着系统的发展要求，天线的小型化成为天线设计中的重要发展方向。一般来说，圆形平面阿基米德螺旋天线的外径至少应大于最低工作频率的波长除以π。若需再扩展天线的低端工作频率，或减小天线的尺寸，则需对天线进行小型化设计。在众多的小型化技术中，电阻加载不仅可以减小天线的驻波比，还可以显著减小天线的轴比，其应用最为广泛[2]。本文采用这种技术，对平面阿基米德螺旋天线末端进行离散电阻加载，并应用所设计的小型平面马欠德平衡器，最终得到一个工作于 2.5GHz～6GHz的平面螺旋天线，其总尺寸仅为Ф30mm×25mm。 2 电阻加载 平面阿基米德螺旋天线一般由辐射螺旋面、馈电平衡器和背腔三大部分构成。在天线的设计中，可先分别对三个部分进行设计，然后再进行综合设计。辐射螺旋面一般是在一块圆形的介质基板的一个面上印制两根或多根螺旋线，螺旋线的半径随角度变化而均匀的增加，其极坐标方程可表示为： r r aφ =+（1） 式（1）中， r是起始半径，a为螺旋增长率，φ是以弧度表示的幅角。双臂平面阿基米德螺旋天线如图1（a）所示。 平面阿基米德天线一般在螺旋面的中心起始端两点采用平衡馈电，而主要辐射区域是集中在平均周长为一个波长的那些环带上，也称有效辐射区。当频率改变时，有效辐射区随之改变，但辐射方向图基本不变。而当有效辐射区为天线的最外圈区域 ·553·
一、设计题目：螺旋天线的仿真设计 二、设计目的： （1）熟悉Ansoft HFSS软件的使用。 （2）学会螺旋天线的仿真设计方法。 （3）完成螺旋天线的仿真设计，并查看S参数以及场分布。 三、设计要求： 螺旋天线是一种常用的典型的圆极化天线，本设计就是基于螺旋天线的基础理论及熟练掌握HFSS10软件的基础上的，设计一个右手圆极化螺旋天线，要求工作频率为4G，分析其远区场辐射特性以及S曲线。 螺旋天线通常用同轴线馈电，天线的一端与同轴线的内导体相连，另一端则处于自由状态。 螺旋天线示意图如图1所示： 图1、螺旋天线
四、设计参数： 中心频率f=4GHz λ=75mm 螺旋导体的半径d=0.15λ=11.25mm 螺旋线导线半径a=0.5mm 螺距s-0.2λ=15mm 圈数N=7 轴向长度l=Ns 五、设计步骤 在HFSS建立的模型中，关键是画出螺旋线模型。画螺旋线，现说明螺旋线模型的创建。 求解类型设置与上两个设计一样，材料为copper，模型单位为mm，螺旋线的创建如下。 点击Draw>Circle,输入圆的中心坐标。X:11.25 Y:0 Z:0 ,按回车键结束。输入圆的半径dX:0.5 dY:0 dZ:0 按回车键结束输入。在特性窗口中将Axis改为Y。点击确认。选中该circle。点击Draw>Helix，输入X:0 Y:0 Z:-7.5，按回车键结束输入，输入dX:0 dY:0 dZ;100 按回车键，在弹出的窗口中，Turn Directions:Right Hand Pitch:15(mm) Tuns:7 Radius change per Turn:0点击OK。在特性窗口中选择Attribute标签，将名字改为Helix。建立螺旋天线与同轴线相连的连接杆ring。 点击Draw>Cylider,创建圆柱模型。输入坐标为X:11.25 Y:0
螺旋天线的制作参数 2009-08-01 20:01 我在论坛上混了一段时间了，到目前仍然没有作为，惭愧呀，由于兴趣所在，我找了天线原理书籍，其中介绍的螺旋天线有明确的参数和方法，这里我就把书中的内容简单转述一下吧。（高手就绕过吧） 首先了解一些基础部分： 1、我们的WLAN所使用的2.4GHz电磁波是行波，即电磁波的电场和磁场两者都与电波的传播方向相垂直。 2、我们的天线主要是利用电磁波中的电场分量来负载信息的 正题：螺旋天线的制作参数 我们制作螺旋天线是将铜丝绕着圆管一圈圈斜向上绕，角度绕过360度时算作是一圈，绕这一圈所使用的一匝铜线长度记为L，把上下相邻两圈的间距记作S，铜线形成的螺圈的实际半径记为R（就是PVC管的半径+铜线的横切面半径)，用这个半径R算出来的圆周长记为O.（有些符合不知如何输入，我只好用文字，锻炼大家的理解和想象能力了） L: 螺线旋转一圈的长度，； S:上下相邻两个螺圈的距离 R: 螺圈的半径（PVC管的半径+铜线的横切面半径） O：螺圈的周长（用R算出来的那个）， 对于波长和L长度的关系：（下面指的是比值） L/波长<0.5 ------------------------L小于0.5个波长，天线将工作于法向辐射模式 L/波长=(0.8到1.3)-----------------L居于0.8个波长到1.3个波长之间，轴向辐射模式（我们需要的） L/波长>1.3 -----------------------L大于1.3个波长，圆锥辐射模式 我们要的是轴向辐射模式 L对应的是工作波长，对于行波L可以取值范围是0.8～1.3个波长，我们最好就直接用一个波长，即12.6CM 算了 L 、S、O 三者的关系：L的平方=S的平方+O的平方 L>S ; L>O S和O关系不定 我们确定好L 长度之后，S 和O 是可以方便自定义的，这样我们可以去方便利用用不同口径的PVC管了 理论是这样说的，我还没有亲自去试验呢... 完整结构形象概样：1铜线绕在圆管上作为天线部分，圈数多点好； 2 反射金属板（约一个波长直径的圆，形状其实无关，主要看面积） 3 这两者不相接，相互距离尽量小些即可 接线方式： 将馈线接在铜线的一段，屏蔽层接反射板 补充说明： 1铜线绕多少圈及相应效果本书没有数据可查，我想至少要10多圈吧，可能是越多越好吧 2通过L 、S、O 三者的关系，我们可以利用上多种口径的PVC管，而不用拘泥了老外给出的数据了。这里L=12.6cm是固定的啦它就是2.45Ghz电波的波长，O约等于PVC管的周长（不是直径D呀，注意了,O=3.14*D），具体来说就是只要水管的直径D小4.01cm的原则上都是可以利用的。 3由于我没有条件去实践，所以不知到效果会是怎样，据某网页的计算软件来看，15圈左右就有25dB的增益，具体的我也不知道，还有赖于各位做一回排头兵，试一试并发布一下效果图，共同提高大家的水平！ 具体操作： 制作并不复杂，其实L 、S 、O 三者构成的是直角三角形，如下图，大家只要事先将实际尺寸的图线画在一张纸上面，然后贴在PVC管上面绕线的具体位置就一目了然了。看下图就会明白的了，很简单的！ 将图纸贴在PVC管上之后沿着对角线(L)绕铜丝就行了，不是很方便吗... 绕线位置图.jpg (31.97 KB)
太原理工大学现代科技学院 课程设计任务书
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专业班级 学号 姓名 成绩 一、设计题目 螺旋天线的仿真设计 二、设计目的 （1）熟悉Ansoft HFSS 软件的使用。 （2）学会螺旋天线的仿真设计方法。 （3）完成螺旋天线的仿真设计，并查看S 参数以及场分布。 三、实验原理 螺旋天线（helical antenna ）是一种具有螺旋形状的天线。它由导电性能良好的金属螺旋线 组成，通常用同轴线馈电，同轴线的心线和螺旋线的一端相连接，同轴线的外导体则和接地 的金属网（或板）相连接，该版即为接地板。螺旋天线的辐射方向与螺旋线圆周长有关。当 螺旋线的圆周长比一个波长小很多时，辐射最强的方向垂直于螺旋轴；当螺旋线圆周长为一 个波长的数量级时，最强辐射出现在螺旋旋轴方向上。 四、设计要求 设计一个右手圆极化螺旋天线，要求工作频率为4G ，分析其远区场辐射特性以及S 曲线。 本设计参数为：螺旋天线的中心频率 f=4GHz ， λ=75mm ； ……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………
螺旋导体的半径 d=0.15λ=11.25mm ； 螺旋线导线的半径 a=0.5mm ； 螺距 s=0.25λ=18,75mm ； 圈数 N=3； 轴向长度 l=Ns ； 五、设计仿真步骤 在HFSS 建立的模型中，关键是画出螺旋线模型。画螺旋线，现说明螺旋线模型的创建。 1、建立新的工程 运行HFSS ，点击菜单栏中的Project>Insert Hfss Dessign ，建立一个新的工程。 2、设置求解类型 （1）在菜单栏中点击HFSS>Solution Type 。 （2）在弹出的Solution Type 窗口中 （a ）选择Driven Modal 。 （b ）点击OK 按钮。 3、设置模型单位 将创建模型中的单位设置为毫米。 （1）在菜单栏中点击3D Modeler>Units 。 （2）设置模型单位： （a ）在设置单位窗口中选择：mm 。 （b ）点击OK 按钮。 4、设置模型的默认材料 在工具栏中设置模型的下拉菜单中点击Select ，在设置材料窗口中选择copper （铜）材料， 点击OK 按钮（确定）确认。 5、创建螺旋天线模型 （1）创建螺旋线Helix 。 在菜单中点击Draw>Circle,输入圆的中心坐标。X:11.25 Y:0 Z:0 ,按回车键结束。输入圆的 半径dX:0.5 dY:0 dZ:0 按回车键结束输入。在特性（Porperties ）窗口中将Axis 改为Y 。点击确认。在历史操作树中选中该circle 。在菜单键点击Draw>Helix ，在右下角的输入栏中 …………………………………装……………………………………订………………………………………线……………………………………………
天线 ――螺旋天线物理尺寸对天线效率的影响 一、天线概览 绝大多数天线具有可逆性：即天线用作接收天线时的特性与其处于发射状态时的特性时相同的。 辐射方向图：表示给定距离下天线的辐射随角度的变化，辐射的强弱由离天线给定距离r处的功率密度S来评价。接收模式下，天线对于某方向来波的响应正比于辐射方向图上该方向的值。 方向系数：表示最大辐射强度于全空间均匀辐射时的平均辐射强度之比。 极化：描述了天线辐射时电场矢量的特征，瞬时电场矢量随时间的轨迹图决定波动的极化特性。 天线的输入阻抗：是天线终端电压与电流之比，通常的目的是使天线的输入阻抗与传输线的特征阻抗相匹配。 §天线分类 依据频率特性的不同，可以把天线分成四种基本类型。 ◎电小天线：天线的尺寸比一个波长l小很多。特征：很弱的方向性，低输入电阻，高输入电抗，低辐射效率。适合于VHF或更低的波段。如短振子，小环。 ◎谐振天线：在谐振频率点或某个窄频带内工作令人满意。特征:低或中等增益，实输入阻抗，带宽狭窄。主要用于HF到低于1GHz的频段。如半波振子，微带贴片，八木天线。 ◎宽带天线：在一个很宽的频率范围内，方向图、增益和阻抗几乎是常数，并且能够用有效辐射区的概念表述其特征，该区域在天线上的位置随频率的变化而变化。特征：低到中等增益，增益恒定，实输入阻抗，工作频带宽。主要用于VHF直至数个GHz的频段。如螺线天线，对数周期天线。 ◎口径天线：由一个供电磁波通过的开放的物理口径。特征：高增益，增益随频率增大，带宽中等。用于UHF和更高的频段。如喇叭天线，反射面天线。 §天线的电气特性 （1）方向特性――方向图（BW0.5，FSLL）、方向系数D、增益G。 （2）阻抗特性――输入阻抗Zin、效率 2 640 r h R l 骣 ÷ ? ?÷ ?÷ ?桫 A h，（辐射阻抗Z S） （3）带宽特性――带宽、上限频率f1，下限频率f2。（4）极化特性――极化、极化隔离度。
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专业班级 学号 姓名 成绩 一、设计题目 螺旋天线的仿真设计 二、设计目的 （1）熟悉A ｎsof ｔ HFSS 软件的使用。 （2）学会螺旋天线的仿真设计方法。 （３)完成螺旋天线的仿真设计，并查看S 参数以及场分布。 三、实验原理 螺旋天线(h ｅli ｃａｌ an ｔe ｎna ）是一种具有螺旋形状的天线。它由导电性能良好的金属螺旋线 组成，通常用同轴线馈电,同轴线的心线和螺旋线的一端相连接,同轴线的外导体则和接地 的金属网(或板)相连接，该版即为接地板。螺旋天线的辐射方向与螺旋线圆周长有关。当 螺旋线的圆周长比一个波长小很多时,辐射最强的方向垂直于螺旋轴;当螺旋线圆周长为一 个波长的数量级时，最强辐射出现在螺旋旋轴方向上。 四、设计要求 设计一个右手圆极化螺旋天线,要求工作频率为4Ｇ,分析其远区场辐射特性以及S 曲线。 本设计参数为：螺旋天线的中心频率 f=４ＧH ｚ , λ＝75mm ； …… …… …… ………………… …装 …… …… …… …… … …… …… …… 订… …… ……………………………… …线 …… …… …… …… … ………………
螺旋导体的半径 d=0．15λ=11.25mm ； 螺旋线导线的半径 a=０.5mm; 螺距 ｓ=0．２5λ=18,75m ｍ; 圈数 N=３; 轴向长度 l ＝N ｓ; 五、设计仿真步骤 在H ＦSS 建立的模型中，关键是画出螺旋线模型。画螺旋线,现说明螺旋线模型的创建。 1、建立新的工程 运行HFSS,点击菜单栏中的Project>In ｓert Ｈf ｓs Dess ｉg ｎ，建立一个新的工程。 2、设置求解类型 (1）在菜单栏中点击HF ＳS>Ｓolut ｉon T ｙp ｅ。 （2)在弹出的Ｓo ｌｕt ｉｏｎ Ｔｙｐe 窗口中 (a ）选择Driv ｅn Modal 。 （b)点击ＯK 按钮。 3、设置模型单位 将创建模型中的单位设置为毫米。 （1)在菜单栏中点击3D Ｍodel ｅr>U ｎits 。 (２)设置模型单位： (a ）在设置单位窗口中选择：mm 。 （b ）点击OK 按钮。 4、设置模型的默认材料 在工具栏中设置模型的下拉菜单中点击Sel ｅct ，在设置材料窗口中选择c ｏpp ｅr(铜）材料， 点击OK 按钮(确定)确认。 5、创建螺旋天线模型 (1)创建螺旋线Ｈe ｌi ｘ。 在菜单中点击D ｒa ｗ>C ｉｒcl ｅ,输入圆的中心坐标。X ：1１．25 Ｙ:0 Z:0 ,按回车键结束。输入圆的 半径dX:0.5 d Ｙ:0 d Ｚ:0 按回车键结束输入。在特性（Po ｒperties)窗口中将Axis 改为Y 。 … … …… …… …… …… …… …装……………………… ……………订……………… …… …… …… ………线… …… …… …… …… …………………
螺旋天线设计制作 2010-02-25 16:58 本文摘自《现代通信》1991年12期第26页 袖珍通讯机用天线的设计和制作 曹志宇 袖珍通讯机由于体积小，重量轻，使用方便等优点而被广泛应用于社会各部门，这种机器现在广泛应用一种螺旋天线，一般成品螺旋天线都用导电性能良好的金属线绕成并密封好。其工作原理下： 图1 所示一般天线结构示意图。D是螺旋天线直径，L是螺旋天线长度，ρ是螺距，Ⅰ、Ⅱ是螺旋线上相对应两点。
一般可以认为，电磁波沿金属螺旋线以光速C作匀速运动。 从Ⅰ点到Ⅱ点即进行一个螺旋，所需时间为 t = πD/C 而对螺旋天线而言，其轴向电磁波只运动行进了一个螺距ρ，其轴向等效速率υ=ρ/t =ρ/C (πD) 这种关系也可用图2形式解释。由图2可知：
υ=Csinθ=Cρ/（πD）≤C 由上式可以看出，υ总是小于等于C的。故螺旋天线能使电磁波运动速度减慢，是一个慢波系统，其等效波长λ等效小于工作波长λ。对于螺旋天线而言，应谐振于其1/4等效波长，因而能缩短螺旋天线的几何长度。 对于工作于一定中心频率的通讯机来说，其所需绕的线圈数N可以由下式近似算出： 螺距：υ=L/N 所需金属线长度：ι=NπD 对于一般通讯机可取 L=20~40cm D=10~20mm
下表是对一些常用频率螺旋天线的设计实例，其他频率也可类似设计。 f是工作中心频率； D是螺旋天线直径； L是螺旋天线长度； N是螺旋圈数； ι是所需金属线长度。 以上N、ρ为了实际制作需要均取近似值。 制作时可用直径0.5~1.5mm漆包线或镀银铜线或铝线在直径为D的有机玻璃或其他绝缘材料上绕制，并在棒的两头打上小孔，以利于固定金属线；在棒的底端焊上较粗的金属杆或插头固定在棒上，以利于与机器连接；整个螺旋天线的外面可用橡胶管或其他材料套封，并在顶端盖上橡皮帽或用其他材料密封，这样既美观大方，又防雨防蚀，经久耐用。如果没有上述金属丝，也可采用多股细绝缘导线代替，效果相同，只是绕制时固定较为困难。 以上螺旋天线也可用于各种小型遥控设备及其他类似机器上。 为了比较慢波天线与常规拉杆天线的不同，说明慢波天线尺寸较小的优点，我们可对拉杆天线作一计算。 设定参数如下：
阿基米德螺旋天线小型化研究 电子与信息技术研究院：田塽指导教师：宋朝晖 摘要：本论文介绍的是利用一种特殊的曲折臂方法对阿基米德螺旋天线进行小型化，并且通过在天线的末端加载一个圆环来改善天线的圆极化特性。首先利用CST Microwave-studio软件对设计的小型化天线及超宽带馈电巴伦（balun）进行计算机仿真；之后，根据仿真结果，加工最佳结构的天线与巴伦，并进行了测量。测量结果表明本课题对天线小型化的整体分析与设计是合理、有效的。 关键词：阿基米德螺旋天线；超宽带巴伦；天线小型化 Abstract：This paper introduces a special zigzag-arm method for the miniaturization of the conventional Archimedean spiral antenna and improves the circular polarization characteristic of the miniaturization Archimedean spiral antenna by adding a loop on the back of printed circuit board which the antenna in etched on. Firstly, a great deal of simulation of the miniaturization antenna and balun is made using CST（Microwave-studio）software. Then, according to the simulated results, we process the embodiment with the optimum parameters and test it. The experimental results verify the effectiveness of this antenna design. Key words：Archimedean spiral antenna ultra wide-band balun antenna miniaturization 1引言 阿基米德螺旋：一动点沿一直线作等速移动的同时，该直线又绕线上一点O作等角速度旋转时，动点所走的轨迹就是阿基米德涡线。直线旋转一周时，动点在直线上移动的距离称为导程用字母S表示。 超宽带（Ultra Wide Band, UWB）天线技术是超宽带雷达和导弹制导系统中的关键技术之一。应用超宽带天线制导的导弹将具有很强的信号接收能力和抗干扰能力，从而可以达到精确制导的军事目的。因此，发展超宽带天线技术具有极其重要的军事意义和现实意义。阿基米德平面螺旋天线，作为超宽带天线的一种形式，可以做得尺寸很小，也较轻，而且可以齐平安装，属于低轮廓天线，因此在最近的二十多年里，阿基米德平面螺旋天线得到了飞速的发展，不仅在雷达、导弹制导等军事领域得到广泛应用，同时也在民用领域发挥巨大作用，如它可以同时为GSM系统和卫星通讯系统提供服务。本课题的研究和设计任务就是寻找一种能够使传统的阿基米德螺旋天线小型化的方法[1]。 2适合课题要求的天线及巴伦的设计 2.1 天线的设计 根据本设计的技术指标和实际要求，本文提出的设计思想是采用曲折臂的方法对阿基米德螺旋天线进行小型化设计。为了使小型化以后的天线的带宽、增益、轴比和半功率角宽度都能达到设计指标，要经过各种天线模型与天线参数的调整，再通过CST软件进行计算机仿真，根据合适的结果进行实际的设计、制作和测试。 首先利用CST仿真软件建模并仿真了传统的阿基米德螺旋天线，天线结构如图2-1所示。由于本课题所要设计的天线的工作频率范围为0.8GHz—4GHz，由此得外径R =75mm，内径r =9.375mm。经过对大量小型化天线模型的仿真，最后选择了如图2-2所示的曲折臂阿基米德螺旋天线的结构（其中黑色为金属良导体，即天线臂；蓝色为聚四氟乙烯敷铜板，厚2.5mm，介电常数2.32）。小型化
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 中图分类号：TN823．31 文献标识码： A Miniaturization of Slot Planar Archimedean Spiral Antenna In this paper，slot planar Archimedean spiral antenna and the contrast between it and the common planar Archimedean spiral are introduced. On this condition, the miniaturization of slot planar Archimedean spiral antenna realized by designing the slot line in the form of meander line, discrete resistance loading in the end of antenna, a simple feed and shallow reflecting cavities. We get an antenna sample with a diameter of 75mm and a thickness of 12mm, the antenna which is qualified to the engineering applications ,keeps good characteristics of impedance match and gain. Key words: planar Archimedean spiral antenna，slot planar spiral antenna ，miniaturization，resistance loading，meander line 1、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： r=r+α(φ-φ)（1） 00 其中，r为曲线上任意一点到极坐标原点的距离，φ为方位角，0φ为起始角，0r为螺旋线起始点到原点的距离，a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
一、设计题目:螺旋天线的仿真设计 二、设计目的: (1)熟悉Ansoft ＨFSS软件的使用。 （2）学会螺旋天线的仿真设计方法。 (3)完成螺旋天线的仿真设计,并查看S参数以及场分布。 三、设计要求: 螺旋天线是一种常用的典型的圆极化天线，本设计就是基于螺旋天线的基础理论及熟练掌握HFＳS1０软件的基础上的，设计一个右手圆极化螺旋天线,要求工作频率为4G，分析其远区场辐射特性以及S曲线。 螺旋天线通常用同轴线馈电,天线的一端与同轴线的内导体相连，另一端则处于自由状态。 螺旋天线示意图如图1所示: 图1、螺旋天线
四、设计参数: 中心频率f=4GHｚλ=75mｍ 螺旋导体的半径ｄ＝0．15λ=１1.２5ｍm 螺旋线导线半径a=０．5ｍm 螺距s－0.２λ=1５mm 圈数N=7 轴向长度ｌ=Ns 五、设计步骤 在HFSS建立的模型中，关键是画出螺旋线模型。画螺旋线,现说明螺旋线模型的创建。 求解类型设置与上两个设计一样，材料为copper，模型单位为mｍ，螺旋线的创建如下。 点击Draw>Circle，输入圆的中心坐标。X:11.2５Y：0 Z:０,按回车键结束。输入圆的半径dX:０.5 ｄY:0 dZ:0 按回车键结束输入。在特性窗口中将Ａxis改为Ｙ。点击确认。选中该ciｒcle。点击Drａw>Ｈeliｘ，输入X:0 Ｙ：0 Z：-7.5,按回车键结束输入,输入ｄX:０dＹ:0 ｄZ;100 按回车键，在弹出的窗口中，ＴurｎDirectiｏns:Ｒigｈt Haｎd Ｐitch:１5(mm) Ｔunｓ:7 Ｒaｄius ｃhange per Tuｒn:0点击OK。在特性窗口中选择Atｔｒｉbutｅ标签，将名字改为Heｌix。建立螺旋天线与同轴线相连的连接杆ring。
黄冈师范学院本科生毕业论文 题目：螺旋天线的分析 专业年级：电子信息工程（2008级）学号： 学生姓名： 指导教师： 论文完成日期2012 年 5 月
郑重声明 本人的毕业论文是在指导老师的指导下独立撰写并完成的。毕业论文没有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权行为，如果有此现象发生，本人愿意承担由此产生的各种后果，直至法律责任；并可通过网络接受公众的查询。特此郑重声明。 毕业论文作者（签名）： ______年月日
目录 摘要..................................................................................................................................I ABSTRACT . (Ⅱ) 1、绪论 (1) 1．1螺旋天线的发展历史 (1) 1．2螺旋天线发展前景 (2) 2、螺旋天线的原理 (3) 2.1相关背景与技术 (3) 2．1.1 相似原理 (3) 2．1.2 非频变原理 (4) 2．1.3 螺旋天线工作原理 (4) 2.2螺旋天线的技术指标 (5) 2.3螺旋天线原理和相关计算 (8) 2．3.1 平面阿基米德螺旋天线的基本形式 (8) 2．3.2 螺旋天线辐射原理 (9) 2．3.3 螺旋天线的藕合原理 (10) 3.1HFSS简要介绍 (13) 3.2天线建模、仿真及结果分析 (13) 3．2.1 螺旋天线HFSS仿真流程图 (13) 3．2.2 天线仿真的参数结果和分析 (14) 结束语 (20) 参考文献 (21) 致谢 (23)
螺旋天线的分析
黄冈师范学院本科生毕业论文 题目：螺旋天线的分析 专业年级：电子信息工程（2008级）学号： 学生姓名： 指导教师： 论文完成日期2012 年 5 月
郑重声明 本人的毕业论文是在指导老师的指导下独立撰写并完成的。毕业论文没有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权行为，如果有此现象发生，本人愿意承担由此产生的各种后果，直至法律责任；并可通过网络接受公众的查询。特此郑重声明。 毕业论文作者（签名）： ______年月日
目录 摘要........................................................................ I ABSTRACT .. (Ⅱ) 1、绪论 (1) 1．1螺旋天线的发展历史 (1) 1．2螺旋天线发展前景 (2) 2、螺旋天线的原理 (3) 2.1相关背景与技术 (3) 2．1.1 相似原理 (3) 2．1.2 非频变原理 (3) 2．1.3 螺旋天线工作原理 (4) 2.2螺旋天线的技术指标 (5) 2.3螺旋天线原理和相关计算 (7) 2．3.1 平面阿基米德螺旋天线的基本形式.. 8 2．3.2 螺旋天线辐射原理 (9) 2．3.3 螺旋天线的藕合原理 (10) 3.1HFSS简要介绍 (13) 3.2天线建模、仿真及结果分析 (13) 3．2.1 螺旋天线HFSS仿真流程图 (13) 3．2.2 天线仿真的参数结果和分析 (14) 结束语 (20) 参考文献 (21) 致谢 (25)
螺旋天线的分析 专业：电信班级：作者：指导老师： 摘要 本文对螺旋天线的发展历史和前景作了简要介绍，并对螺旋天线的工作原理和分析方法作了概述，包括对天线进行分析的主要指标、计算公式，螺旋天线的各项参数。针对平面阿基米德螺旋天线进行了详细分析和论述;同时针对该工作在2.4GHZ的阿基米德螺旋天线实体用ansoft hfss13.0软件进行仿真，探究了阿基米德螺旋天线参数对方向图、增益宽度、阻抗宽度、轴比宽度的影响,并且对仿真后的输入功率、净输入功率、辐射功率、辐射效率、方向性系数、最大增益、前后向比等进行分析。 关键词：螺旋天线阿基米德螺旋天线 hfss仿真功率辐射增益