文档介绍：!!"#$
新型谐振式螺旋天线的设计
林敏! 杨水根" 龚铮权#
【摘要】本文介绍了一种适用于全球定位系统和卫星移动通信的新型谐
振式螺旋天线,阐述了它的工作原理和设计过程中的关键技术,最后通过给
出一些实验结果来说明它的性能指标。
关键词:螺旋天线宽频带圆极化宽波束
一、引言二、工作原理
众所周知,天线一直是卫星移动通信和
* + 宽频带工作原理
全球定位系统(%&’)的一个技术难点,因为
它除了必须满足宽频带、宽波束和圆极化等尽管采用较粗的螺旋臂可使四臂螺旋天
一系列苛刻的电气性能指标之外,还要做到线输入端的电抗随频率的变化变得较慢,因
体积小、重量轻,谐振式四臂螺旋天线因容易而能在一定范围内改善频带特性,但这种改
达到这些要求而得到了广泛的应用。与一般进受到很大的限制,且付出的代价是增加了
的行波螺旋天线完全不同,这种天线由( 根天线的重量和加工难度。为了能真正实现宽
长!!" (( ! 为一个整数、! 为波长)的螺旋带工作,我们以这种天线为基础设计出的八
臂组成,每根臂上的电流幅度相等、相位两两臂螺旋天线如图* 所示。这种新型天线由
相差)!#,它的末端(即非馈电的那一端)在两付形状相同,共轴放置,但臂长不同的四臂
! 取偶数时必须短路,在! 取奇数时必须开螺旋天线组成。我们只对
路。作为一种谐振式天线,工作频带窄是其其中的一付螺旋天线馈
固有的缺点。尽管为了解决这个问题,人们电,另一付天线上的电流
想出了许多方法,但一直未能取得令人满意则通过电磁耦合得到。理
的效果。而我们采用一些新的设计思路,研论分析和实际测试都表
制成功的八臂螺旋天线在实现宽频带(甚至明,八臂螺旋天线的输入
双频)工作的同时,其他性能指标也得到明显阻抗呈双频工作特性,其图* 八臂螺旋天线
改善。本文首先对这种新型天线的工作原理中一个谐振频率跟原来的四臂螺旋基本相
作一个简单的介绍,然后阐述设计过程中的同,而另一个谐振频率则取决于寄生臂的长
几个关键技术,最后还通过给出实测的数据度及其与馈电臂之间的距离。选择好各种参
来说明该天线的各项性能指标。数,使得两个谐振频率适当地靠近,天线的输
! 林敏解放军理工大学硕士研究生
" 杨水根总参"$ 研究所工程师
# 龚铮权总参"$ 研究所研究员
万方数据
—"! —《无线通信技术》!### 年第! 期
入端就会在比原四臂螺旋宽得多的频带范围
内有良好的驻波比特性,并且在此宽带范围三、关键技术及其实现方法
内,天线的辐射方向图始终保持宽波束圆极
化性能。
# " 馈电方式的选择
! " 圆极化工作原理
采用何种馈电方式,直接影响到天线的
对于一个八臂螺旋天线,由于就工作特工作频带和方向图的圆极化性能。由于这种
性而言,一根馈电臂与跟它相邻的那根寄生螺旋天线要求四条馈电臂上的电流幅度相
螺旋臂可等效成一根很粗的螺旋臂,因而它等、相位两两相差)%&,因此较为常用的方法
的圆极化工作原理跟四臂螺旋天线完全相是将四根长为!! * 、电流分布符合要求的同
同。不失一般性,我们假设螺旋臂的长度为轴电缆直接跟螺旋臂相连,但这是一种窄带
!! ! ,旋转角度为#$%&。在这种情况下,由于馈电方法,在工程上也不易于实现。