新型谐振式螺旋天线的工作原理、关键技术及实验结果.docx

"新型谐振式螺旋天线的工作原理、关键技术及实验结果" 一、工作原理 新型谐振式螺旋天线的工作原理是基于谐振式四臂螺旋天线的改进，通过设计八臂螺旋天线来实现宽频带和圆极化性能。该天线由两付形状相同、共轴放置、臂长不同的四臂螺旋天线组成，其中一付螺旋天线馈电，另一付天线上的电流通过电磁耦合得到。理论分析和实际测试表明，八臂螺旋天线的输入阻抗呈双频工作特性，其中一个谐振频率跟原来的四臂螺旋基本相同，而另一个谐振频率则取决于寄生臂的长度及其与馈电臂之间的距离。 二、圆极化工作原理 对于八臂螺旋天线，圆极化工作原理是基于双臂螺旋天线的等效模型。由于天线处于谐振工作状态，臂上的电流幅度接近正弦分布，其中最大值位于馈电点和短路点，零点位于螺旋臂的中部。因此，我们可以得到由相对的两根螺旋臂构成的双臂螺旋天线的简化模型。该模型可进一步简化为一个 YZ 平面上的电流环和一个 X 轴上的电偶极子的组合。同样跟它垂直的另一付双臂螺旋天线亦可等效成一个 XZ 平面上的电流环和一个 Y 轴上的电偶极子的组合。根据天线的基本原理，由于这两组电流环和电偶极子互相垂直且相差 90°，那么在远区得到的是一个宽波束的心脏形圆极化方向图。 三、关键技术及其实现方法 1. 馈电方式的选择 采用何种馈电方式，直接影响到天线的工作频带和方向图的圆极化性能。我们采用的无限巴伦结构解决了馈电的问题，具体做法是用作为馈线的同轴电缆穿过一条螺旋臂后，在顶点(馈电点)将其外导体和内导体分别连在这条臂和对面的那条臂上，利用同轴电缆的内导体外壁与外导体内壁上的电流大小相等，方向相反的特点，完成对相对的两根螺旋臂的等幅反相馈电。此外，还需要附加一个功分器来保证两根馈线上的电流幅度相等、相位正交。 2. 展宽波束的途径 为了达到展宽波束的目的，我们在天线的下面附加一块长和宽均在 1.25λ 左右的金属反射板，这使得天线的最大辐射方向发生偏移，而在轴线方向出现一个凹坑。调节金属板与螺旋中心的距离 h，凹坑的深度和方向图的半功率宽度均随着改变。当 h =λ/4 时，波束达到最宽，其值大大超过了没有金属板时的情况，并且轴比亦得到改善。 3. 结构 为了保证天线的电气性能指标和可靠性，我们采用了不同于四臂螺旋天线的结构。在天线的顶部有一个塑料圆盘，起到固定螺旋臂和减少两根垂直馈电电缆相互耦合的作用;天线的底部有一个金属反射板，起到提高天线的电气性能和抗干扰能力的作用。 新型谐振式螺旋天线的工作原理、关键技术及其实现方法都是基于谐振式四臂螺旋天线的改进，通过设计八臂螺旋天线来实现宽频带和圆极化性能。该天线的结构和馈电方式的选择对其电气性能指标和可靠性具有重要影响。