螺旋天线几何尺寸的优化设计

1、 2003年9月第20卷第3期沈阳航空工业学院学报Journal of Shenyang Institute of Aeronautical Engineering Sep. 2003V ol. 20N o. 3文章编号:10071385(2003 03005802螺旋天线几何尺寸的优化设计高建平(沈阳航空工业学院电子工程系, 辽宁沈阳110034摘要:本文首先导出了螺旋天线输入阻抗的计算公式。然后, 在使天线输入阻抗满足技术要求的条件下, 对螺旋天线的几何尺寸进行了优化设计。关键词:螺旋天线; 输入阻抗; 几何尺寸; 优化设计中图分类号:TN82文献标识码:A0引言螺旋天线的几何参数为:2R

2、 0=D 螺旋直径;h 螺距;Z in =R in +jX in =j 30i 0(0 00其中:j =sin-1; i o (0 =sin K L =(D 2+h 2;2hL L 2l 螺旋天线的轴向长度;n 螺旋圈数;00=v v f v +G (u f (u +(L -u G (v f (v +1+( C ; 2L 绕制螺旋天线作用导线的实际长度; a 绕制螺旋天线所用导线的横截面半径。螺旋天线几何参数之间的关系为:2D 2+h 2C =(=arc tan (DG (u f (u -1d s d s ; u =s +s ; v =s -s ; L =K L =h(D 2+h 2;2222

3、G (x =; r (x =4c 1sin ( +4c 2( +r (x 2c 2c b ; f (x =212-jr (x cc 1cos (222l =nh 2L =ncR +c 2; c =21=; c22; c =c 2=h a ;2l =b =2或h =10m s ;8c 1+c 2=本文所设计的法向模螺旋天线与直杆天线相比, 在辐射电阻相同的条件下, 其轴向尺寸可缩短0. 79倍, 即2l 0. 79l 0(l 0为直杆天线的轴向尺寸 , 把该天线用于作战坦克的通信系统中, 可以提高安全性能和机动性能。2 +( 2; p o 2. 50. 5-12=1+20( ( 44h o30.

4、 4o( 2-1o 8l; =v f (v =3×1法向模螺旋天线输入阻抗的计算f o =8. 57m (中心波长 。o =v 公式对于中心馈电的对称螺旋天线, 其输入阻抗可用下式进行计算:收稿日期:20030325作者简介:高建平(1966 男, 辽宁黑山人, 教授2法向模螺旋天线的优化设计2. 1技术要求根据实际需要, 对法向模螺旋天线提出如下技术要求:工作频率为:20MHzf 50MHz (中心频率f o =35MHz 。螺旋天线的几何尺寸为:1750mm2l 第3期高建平:螺旋天线几何尺寸的优化设计591850mm ;30mm 2R o 40mm ;3mm a 4mm 。螺旋

5、天线的输入阻抗(Z in =R in +jX in 应满R in 250; |X in |2800。足:10。电台内阻为:Z o =R o =502. 2优化设计上述过程, 直到得到满足技术要求的螺旋天线几何尺寸为止。2. 3优化设计结果经编程计算得到满足技术要求的螺旋天线的几何尺寸为:轴向长度:2l =1805mm ; 螺旋直径:D =30mm ; 螺距:h =46mm ; 螺旋圈数:n =39. 2; 导线的横截面半径:a =4mm ; 螺旋天线的导线(实际 长度:2L =4115mm 。按上述几何尺寸所确定的螺旋天线的输入阻抗的实部及虚部的频率特性(曲线 绘制于图1中 。在中心频率处(f

6、 o =35MHz , o =8. 57m , 首先取螺旋天线轴向长度2l =1750mm , 设计出螺旋直径(D 、导线横截面半径(a 及螺矩(h , 以使其对应的输入阻抗的实部(R in 值尽可能接近电台R in 45 ; 然后, 令频率变化(20MHz 内阻(55f 50MHz , 检验输入阻抗是否满足技术要求;如不满足, 则增加轴向长度(步长取为5mm 重复图1输入阻抗的频率特性曲线参考文献:1谢处方, 邱文杰. 天线原理与设计M.西安:西北电讯工程学院出版社,19852任朗. 天线理论基础M.北京:人民邮电出版社,1980Optimization design of geometri

7、cal size of spiral antennaG AO Jian ping(Department of Electric Engineering , Shenyang Institute of Aeronautical Engineering ,Liaoning Shenyang 110034Abstract :In this paper , a calculation formula of a spiral antenna with input impedance is deduced , then the geometrical size of a spiral antenna is optimized based on the re