下载本文档
版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
1、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
2、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
3、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。图1图23螺旋天线的分类及特性螺旋天线可分为立体螺旋天线(helical antenna)和平面螺旋天线 (spiral antenna )。立体螺旋天线根据绕成的形状的不同,又可分成圆柱形螺旋天线、圆锥形螺旋天线等等。圆锥形螺旋天线又称为盘旋螺线型天线,可同时在两个频率工作。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。平面螺旋天线一 般在后面添加背腔来提高增
4、益。立体螺旋天线的特性很大程度上决定于螺旋天线的直径与波长的比值,当该比值小于0.18时,天线的主射方向垂直与螺旋天线轴,如下图3 (a)所示,这种工作模式称为法向模。此时它的特性与单极细线天线相仿,具有8字形方向图,并且频带很窄,一般用作小功率电台的通信天线。若在螺旋的中心轴线上放置一根金属导体,当螺旋一圈的周长 l=M入(M=2, 3,整数)时,也在螺旋的法向产生最大辐射。这种天线可用作电视发射天线。当该比值在0.25 0.42之间时,天线的主射方向在天线轴向上,如下图 3 (b)所示,这 中工作模式称为轴向模,此种类型天线具有明显的端射特性且它的互阻抗几乎可以忽略,因此很容易用来组阵。许
5、多美国的卫星,包括气象卫星、通信卫星(Comsat)、舰队通信卫星(Fleetsatcom )、全球定位卫星(GPS、西联卫星(Westar)以及跟踪与数据中继卫星, 全都采用这种螺旋天线,中继卫星还装置了个螺旋的阵列。当D/入进一步增大时,最大辐射方向偏离轴线方向,天线的辐射呈圆锥状,如下图 3 (c)所示,一般用于电磁对抗天线。4J/A>0,5图34螺旋天线的原理A.单臂螺旋天线是阵列天线中的常用形式,使用轴向模工作,下面从单圈螺旋和多圈螺旋 两个角度阐述其辐射原理:参考图如图4金属接地板10圈的长度,轴向长度,h=NSo天线尺寸较波长很小时(Nl0<<入),此时天线可等
6、效为小电流元和小电流环的叠加,如下图5所示:图5对于小电流元,远场r处的电场强度近似为j60 二I sin 二 SE=r对于小电流环,设等效电流环面积为A,则远场r处的电场强度近似为120 二 2Isin 二 AE 二2则螺旋线的场分布可视为二者的叠加。把比值作为轴比,Eu上E ;;2 -A轴比为1时,实现圆极化,此时二D = . 2S.以上分析是将天线等效为小圆环和线电流的叠加进行分析,当螺旋N圈后,螺旋天线可认为是由螺旋元素组成的天线阵,阵因子Yn为:n sin 12Yn =-n . sin 一2叠加后的方向图如图5所示:图5E0为单螺旋元素的垂直极化方向图E中为单螺旋元素的垂直极化方向图
7、EEYnE = E T * Yn此时,我们发现E。和E?的方向图变的比较接近,比较接近于阵因子的方向图。B.以阿基米德螺旋天线为例说明基本平面螺旋天线的原理;天线的两个螺旋臂方程分别是I = L a :(:? . 0)r2 = r0 a(1-二)(:-'_ 一)式中r0为起始矢径,对应于。=0的矢径。a为增长率。这一天线的性能基本上与等角螺 旋天线类似。心) 0)图6我们可以近似地将螺旋线等效为双线传输线,根据传输线理论,两根传输线上的电流反相,当两线之间的间距很小时,传输线不产生辐射。当螺旋线外径达到波长时,在图中分别用虚线和实线表示这两个臂。以图 6简化模型研究图中P、P'
8、点处的两线,设 PO =OQ , 即P和Q为两臂上的对应点,当螺旋线周长近似为辐射频率波长时, 对应线段上的电流相位差 为兀+(2兀/入)兀,为2兀,相位增强,天线向外辐射。5.螺旋天线的应用及新技术双臂螺旋天线一般采用馈电方式为折叠式非平衡-平衡馈电方式和 入/4开槽的同轴馈电方式。这样不仅可以实现非平衡与平衡的装换和可以同时实现阻抗的匹配。如下图7所示。图7此种形式的双臂螺旋天线具有较宽的主瓣宽度基本可以满足第一时间捕获卫星的要求。方向图如图8所示。F MrhEkl 4*Brfir ld /Di4tr1iviily_Ab91 hetnjIBA图8双臂螺旋天线方向图2四臂螺旋天线不仅要有较宽
9、的主瓣宽度,还要求在低仰角时也具有良好的圆极化特性,四臂螺旋天线就可以很好的满足此种要求,适用于GP状线。四臂螺旋天线易于调节,调整四臂螺旋天线的 D/入,使其表现出边射特性, 然后通过增大螺旋的圈数来提高天线的增 益,通过改变螺距来调节天线的辐射仰角。四臂螺旋天线一般采用无限巴伦或者微带功分网络进行馈电;相应的前者天线臂长为入/4的偶数倍,后者天线臂长为 入/4的奇数倍。一般情况下四臂螺旋天线在低仰角的轴比不 大于4dB,如果要求更高可采用八臂螺旋或是更多臂数的螺旋。另外可以采用方形结构螺旋,从而由于增加车§射表面积,具有更高的辐射效率。 在四臂螺旋天线中间加载小型化介质则可以大大缩小天线的尺寸,在末端采用开放或者封闭的形 式,也会对天线
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 房屋买卖合同的写作要点3篇
- 房屋买卖合同版格式版格式样式3篇
- 数据保密合同3篇
- 搅拌站分包合同违约责任3篇
- 旅游导游计件工资提升服务质量3篇
- 按揭合同补充协议的制定背景3篇
- 工业罩棚施工合同3篇
- 房屋买卖委托书怎么写才有效3篇
- 摄影设备维护合同3篇
- 授权委托书合同范本3篇
- 化工和危险化学品企业评估分级指南(大中型企业版)
- 管理咨询服务实施方案
- 瑞得RTS-820系列全站仪说明书(适用RTS-822.822A.822L.822R.822R .822R3)
- 物流信息技术(2023-2024-1)学习通超星期末考试答案章节答案2024年
- 建筑垃圾外运施工方案
- 彩票行业数字化转型
- 术后肺炎预防和控制专家共识解读课件
- 2024秋期国家开放大学专科《经济学基础》一平台在线形考(形考任务1至5)试题及答案
- 管道拆除施工方案
- 2024二十届三中全会知识竞赛题库及答案
- 2024年执业药师继续教育答案
评论
0/150
提交评论