[科普中國(guó)]-雙臂螺旋天線

簡(jiǎn)介

雙臂螺旋天線使用平行雙線纏繞柱狀介質(zhì)棒而成，平行雙線是一種開(kāi)放式的傳輸線，其電場(chǎng)向外部延伸。當(dāng)平行雙線扭曲變形時(shí)就會(huì)引起輻射，其饋電點(diǎn)相位差180。1

優(yōu)點(diǎn)單臂螺旋天線增益比雙臂螺旋天線低2 dB，四臂螺旋天線要求各線的饋電相位分別為0°，90°，180°，270°，這就勢(shì)必要求比較復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò).而雙臂螺旋天線正好彌補(bǔ)了它們的缺點(diǎn)。1

應(yīng)用隨著衛(wèi)星無(wú)線電導(dǎo)航業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，越來(lái)越多的國(guó)家開(kāi)始發(fā)展自己的導(dǎo)航通信系統(tǒng)。由于各種導(dǎo)航通信系統(tǒng)的衛(wèi)星在空問(wèn)的分布有限，因此在低信息速率、小容量的衛(wèi)星導(dǎo)航通信系統(tǒng)中，要求所用終端的天線具有體積小，損耗低，極化為圓極化，俯仰面要寬和方向圖為全向方位面。雖然單臂螺旋天線和四臂螺旋天線經(jīng)常放采用，然而單臂螺旋天線增益比雙臂螺旋天線低2 dB，四臂螺旋天線要求各線的饋電相位分別為0°，90°，180°，270°，這就勢(shì)必要求比較復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò).而雙臂螺旋天線正好彌補(bǔ)了它們的缺點(diǎn)。通過(guò)調(diào)節(jié)螺旋的物理參數(shù).能夠得到主瓣指向衛(wèi)星的賦形波束，所以在衛(wèi)星導(dǎo)航通信系統(tǒng)中雙臂螺旋天線成了一種適宜的選擇。1

分析及性能研究雙臂螺旋天線的雙臂上電流近似為

上述公式中參量的意義如圖2所示，雙臂輻射的電場(chǎng)在空間進(jìn)行矢量疊加就形成了最終的方向圖。

雙臂螺旋天線模型仿真結(jié)果如圖3所示。為了盡可能使電流在螺旋線末端近乎為零，使所有能量輻射出去，同時(shí)折衷結(jié)構(gòu)的尺寸要求，需優(yōu)化出雙臂螺旋天線基本尺寸，如螺旋線半徑、介質(zhì)桿半徑、螺旋半徑、螺距和螺旋圈數(shù)以及平衡器開(kāi)槽深度0.25λ。計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)圈數(shù)適當(dāng)時(shí)這種雙臂螺旋天線的尾瓣很小，具有寬的方向圖，波束寬度能夠達(dá)到110°以上，在波束寬度內(nèi)軸比小于3 dB，方位面為全向輻射，而且增益能夠達(dá)到6.1 dB，具有良好的匹配性能。1

雙臂方形螺旋天線方形螺旋天線就是所說(shuō)的阿基米德圓形螺旋的對(duì)應(yīng)物. 到目前為止, 方形螺旋的大部分工作都是實(shí)驗(yàn)性的, 并 且這個(gè)天線的設(shè)計(jì)還只是以電流帶理論為基礎(chǔ)。

雙臂方形螺旋的幾何圖形示于圖。螺旋臂A 和螺旋臂B 由平面上的多根金屬線纏繞。第n條金屬線的長(zhǎng)度In由下式確定

因此, 第n 條線從原點(diǎn)到任意點(diǎn)的位矢量由下式給出

式中x和y是直角坐標(biāo)的單位矢量, ￡是從饋電點(diǎn)到天線臂的距離. 三角函數(shù)被用來(lái)表0和±1。2