一种RFID小型圆极化四臂螺旋天线

摘要设计了一种用于UHF频段射频识别系统的小型右手圆极化四臂螺旋天线。天线由印制在微带介质板的4个长条形臂组成，通过微带功分器馈电。天线在进行4个端口的单独匹配和功分器相连时，需采用一种新的匹配方法。通过仿真优化，天线尺寸为60 mm×60 mm×6 mm，峰值增益为3.8 dB，带内轴比<3 dB，3 dB波束宽度>120°，前后比>15 dB。实物测试结果与仿真结果吻合。

近年来射频识别(Radio Frequency of Identificatio，RFID)技术的应用逐渐广泛，同时也倍受重视。特别是UHF频段的RFID系统，由于其传输距离远、传输速率高，受到了更多地关注。典型的RFID系统由RFID阅读器和标签两部分组成，RFID无源标签依靠RFID 阅读器发射的电磁信号供电，并通过反射调制电磁信号与阅读器通信。因此，RFID标签天线设计的优劣对其系统工作性能有关键的影响。

常见的射频识别阅读器天线有折合振子天线、分形天线、微带天线以及轴向模螺旋天线。由于折合振子天线和分形天线一般为线极化天线，难以满足阅读器对各方向电子标签的识别要求，所以在较多场合不适用;而微带天线由于其面积尺寸过大，在小型化的阅读器手持机上的使用受到了限制;轴向模螺旋天线同样因轴向高度过高，在实际使用中也受到了限制。因此，如何设计出一种小尺寸、低剖面、高性能的圆极化射频识别天线成为了关注的焦点。

四臂螺旋天线由于其圆极化性能出色，被广泛应用于GPS领域。随后经过进一步发展，Wang—lk Son等人将四臂螺旋天线应用至RFID，并利用平面倒F天线代替了传统的单极子天线作为四臂螺旋天线的天线臂，如图1所示，实现了良好的效果。文中利用该方式，设计了一种在尺寸和性能上更具优势的RFID阅读器天线。

1 小型化四臂螺旋天线的设计

1.1 四臂螺旋天线的设计

文中设计的倒F四臂螺旋天线的结构如图2所示。天线由4个完全相同的倒F天线组成，水平部分印制在介电常数为9.6，尺寸为60 mm× 60 mm，厚度为1 mm的矩形微波复合介质板上，垂直部分印制在相同的4个厚度为1 mm的FR4小介质板上。4个天线馈电为等幅馈电，相位按逆时针相位依次滞后90°，形成右手圆极化。

由于螺旋天线的4个臂相距较近，相对两臂之间的距离约为0.18 λ，天线4个臂之间的耦合较强。因此，在4个单独端口进行匹配时，不能按传统的方法，将每个端口单独匹配，再加功分网络，则应充分考虑4个臂之间的耦合。利用Ansys HFSS进行仿真可发现，位置相对的臂之间的耦合要远大于相邻臂之间的耦合，如图3所示。是因为相对两个臂上的电流相互平行，所以相互影响过大，而相邻臂上的大部分电流相互垂直，则影响较小，因而在一定范围内只考虑相对臂之间的耦合。假设4个天线臂端口按逆时针分别为端口1、端口2、端口3和端口4，反射系数分别为Γ11、Γ22、Γ33和Γ44，相对天线臂之间的耦合系数为M13和M24，由于天线两对臂之间的对称性，所以只需分析天线臂1和3之间的关系。假设端口1处的相位为0，能量从端口1传输到端口3产生的相位差为θ，而端口1和端口3的馈电相位相差180°，则从端口1耦合到端口3的能量在天线臂3端口处产生的相位为-180°-θ，由于天线间距较小，θ较小，所以可认为端口1耦合到端口3的能量在端口3处的相位为-180°。端口3的馈电相位为-180°，则其反射能量的相位为180°。在端口3处看，从端口送出的能量包含端口3反射的能量和端口1耦合的能量，上文已得出反射能量和耦合能量在端口3处的相位分别为180°和-180°，所以当反射的能量和耦合的能量大小相等时，其等幅反相相互抵消，达到最佳匹配效果，即

Γ33=M13 (1)

反之满足Γ11=M13时，端口1处达到最佳匹配。同理可分析端口2和端口4。

1.2 馈电网络的设计

一般四臂螺旋天线的馈电方式有两种，自相移馈电和功分网络馈电。自相移形式由于其相位不易控制，且4个天线臂结构产生差异，方向图也略有变化，因此选择采用功分网络来实现馈电。威尔金森形式的功分器尺寸较大，且隔离电阻会导致损耗增加，因此该处采用简单的T型功分器。图4为功分网络的结构图。

2 天线的仿真与实测结果

图5给出了仿真和实测的驻波结果对比图，由图中可看出，仿真和实测结果吻合良好，天线在国内UHF。频段920～925 MHz内的实测驻波在1.2以下，且在908～928 MHz内的驻波均在1.5以下，可满足实际应用。图6给出了天线增益和轴比随频率的变化，可看出天线的峰值增益为3.5 dB，轴比在带内<2 dB。图7和图8给出了天线在XZ和YZ面的归一化方向图，从图中可看出天线的3 dB波束宽度>120°，前后比>15dB。图9给出了天线的实物照片，天线的整体尺寸为6 mln<60 mm<6 mm，与传统RFID天线相比尺寸较小。综上所述，该天线性能优越，满足目前UHF频段RFID系统对于天线的要求。

3 结束语

圆极化微带天线设计

ＧＰＳ圆极化微带天线设计 1.1微带天线简介微带天线是在一块厚度远小于工作波长的介质基片的一面敷以金属辐射片，一面全部敷以金属薄膜层做接地板而成。GPS天线通常使用平面天线和螺旋形天线。近年来微带天线由于具有重量轻，体积小，易于实现圆极化。而GPS功能在个人行动通讯设备特别是手机中的普及，更使得GPS天线的小型化研究成为十分热门的话题。 1.2GPS微带天线结构与原理上图是一个简单的微带天线结构，由辐射元，介质层和参考地三部分组成。与天线性能相关的参数为辐射元的长度L,辐射元的宽度W，介质层的厚度h,介质的相对介质电常数εr ，介质的长度和宽度。 1.3辐射机理理论上可以采用传输线模型来分析其性能，假设辐射贴片的长度近似的为半波长，宽度为w,介质基片厚度为h,工作波长为λ；我们可以将辐射贴片，介质基片和接地板视为一段长度为λ/2的低阻抗微带传输线，在传输线的两端断开形成开路。由于介质基片厚度h<<λ，故电路沿着h方向基本没有变化。最简单的情况可以假设电场沿着宽度w方向也没有变化。那么在只考虑主模激励（TM10模）的情况下辐射基本上可以认为是由辐射贴片开路的边缘引起的。在两开路的电场可以分解为相对于接地板的垂直分量和水平分量，由于辐射贴片长度约为半个波长，所以两垂直分量方向相反，水平分量方向相同。因此，两开路端的水平分量电场可以等效为无限大平面上同相激励的那个缝隙，缝隙的宽度为ΔL（近似等于基片厚度h），长度为w，等效缝隙相距为半波长，缝隙的电场沿着w方向均匀分布，电场方向垂直于w。 1.4微带天线贴片尺寸估算

设计高效率辐射的宽度w,2 1212-??? ??+=r f c w ε 式中C 为光速。辐射贴片的长度一般为2e λ，这里的e λ是介质内的导波波长，即 e λ=e f c ε 考虑到边缘缩短效应后，实际的辐射单元长度L 应为 L=e f c ε-2ΔL 式中e ε是有效介电常数，ΔL 是等效辐射缝隙长度，同轴线馈电点的位置，宽度方向上馈电点的位置一般在中心点，在长度方向上边缘处（x=±L/2）的输入阻抗最高。由以下的公式计算出输入阻抗为50欧姆的馈电点位置： ??? ? ??=re 1-12L 1L ξ 2ＨＦＳＳ设计环境概述 2.1模式驱动求解。 2.2建模操作。模型原型：长方体，圆柱体，矩形面，圆面。模型操作：相减操作。 2..3边界条件及激励：边界条件：有限导体边界，辐射边界. 端口激励：集总端口激励。 2.4求解设置。求解频率：１.６ＧＨｚ扫频设置：快速扫描，频率范围：１～２ＧＨｚ 2..5Ｏｐｔｉｍｅｔｒｉｃｓ参数扫描分析优化设计 2.6数据后处理：Ｓ参数扫描曲线，３Ｄ辐射方向图。 3.1仿真模型

螺旋天线综述

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所示。 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性能，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。

圆极化全向天线技术概要

https://www.360docs.net/doc/ed2634771.html, 圆极化全向天线技术胥亚东，阮成礼电子科技大学物理电子学院，成都（610054） E-mail：摘要：圆极化全向天线由于其自身性能特点，在现代的无线应用中，越来越受到广泛的关注。本文主要归纳总结了圆极化全向天线的研究进展，探讨了圆极化全向天线的各种实现方法，及其中的各个关键问题，并讨论了各种方案具体设计方案、影响因素、过程原理，及其优劣性，在此基础上，对圆极化全向天线的研究发展趋势提出了展望。关键词：圆极化天线，全向天线中图分类号：TN820.1+1 1．引言天线的极化作为天线性能的一个重要参数，是指在一个发射天线辐射时，其最大辐射方向上，随着时间变化电场矢量（端点）在空间描出的轨迹。天线的极化形式分为线极化，圆极化和椭圆极化三种。线极化和圆极化是椭圆极化的特例。圆极化又分为正交的左旋和右旋圆极化。椭圆极化波可分解为两个旋向相反的圆极化波[1]。随着科学技术和社会的不断发展，对天线的性能要求也越来越高，在现代的无线应用系统中，普通的线极化天线已很难满足人们的需求，圆极化天线的应用越来越广泛，其主要特点主要体现在以下几个方面[2-4]：1.圆极化天线可接收任意极化的来波，且其辐射波也可由任意极化天线收到；2.圆极化天线具有旋向正交性；3.极化波入射到对称目标（如平面、球面等）时旋向逆转，不同旋向的电磁波具有较大数值的极化隔离。由于圆极化天线具有以上特点，因此，被广泛使用在通信、雷达、电子侦察与电子干扰等各个方面，研究圆极化天线具有巨大的社会效益、经济效益和军事效益。任意圆极化波可分解为两个在空间、时间上均正交的等幅线极化波，由此得到实现圆极化天线的基本原理：即产生两个空间正交的线极化电场分量并使二者振幅相等（即简并模），相位差90°[5]。尽管圆极化天线形式各异，但产生机理万变不离其宗。反映在史密斯圆图中，两简并模的恰当分离对应阻抗曲线出现一个尖端（cusp）。圆极化天线的基本电参数是最大增益方向上的轴比，即任意极化波的极化椭圆长轴（2A）与短轴（2B）之比[6]： ?A?AR=20lgr=20lg?? ?B?

圆极化天线的研究与设计

圆极化天线的研究与设计现代通信系统需要在复杂的环境和条件下实现稳定的通信,这对天线的稳定性和抗干扰性有很高的要求。圆极化天线具有很多独特性质,圆极化天线可以接受任意极化的电磁波从而避免极化损失,还可以抑制多径散射和多径干扰,同时可以避免产生法拉第旋转效应。由于独特优势,圆极化天线系统具有良好的可靠性和稳定性,广泛应用于卫星,射频识别,雷达等领域。随着现代通信技术的迅速发展,对圆极化天线也提出了新的要求。例如,在结构上要求天线小型化、易于集成以及结构简单等;在天线性能方面则要宽带宽、多频工作、全向性、高增益以及宽波束等。本论文对传统圆极化天线技术进行了回顾,系统的总结了各种圆极化技术的优点和缺点。基于已有的圆极化的技术进行创新和改进,从而设计了几款性能出色的圆极化天线。论文围绕圆极化天线展开,设计了两个宽带圆极化天线,一个双频圆极化天线,一个圆极化聚焦阵列天线。本文的主要创新点为:1.设计了两款宽带圆极化天线。其中第一款基于正交L型开口缝隙,通过在馈电线上增加调谐短截线,和在贴片上引入闭合正交缝隙,使圆极化带宽从大约23%增加到70%。第二款基于微带单极子天线改进而来,改变单极子贴片的馈电位置和倾斜角度实现圆极化特性,并且采用圆弧化的处理达到宽带特性,实现了90%的宽带圆极化带宽。2.设计了一个双频工作的圆极化RFID阅读器天线,不仅有较宽的圆极化带宽,而且两个工作频点独立可调。将两个不同长度的弯折正交缝隙巧妙的组织在一起,分别负责高频和低频的

圆极化辐射。三个射频开关控制两种工作模式的切换。该天线结构紧凑,且完全覆盖了RFID的UHF通用频段和WLAN频段。3.设计了一个16单元的圆极化聚焦阵列,基于阵列和圆极化测试天线之间的传输效率最大化的原理来计算聚焦阵列的最优激励分布,能够同时达到很好的圆极化和聚焦性能。对每一个阵列单元增加寄生贴片作为引向器,使单元的辐射波束向焦点方向倾斜,使电场聚焦增益提升了2.7 dB。

天线CAD大作业微带天线设计

天线CAD大作业学院：电子工程学院专业：电子信息工程

微带天线设计一、设计要求：（1）工作频带1.1-1.2GHz ，带内增益≥4.0dBi ，VSWR ≤2:1。微波基板介电常数为r ε = 6，厚度H ≤5mm ，线极化。总结设计思路和过程，给出具体的天线结构参数和仿真结果，如VSWR 、方向图等。（2）拓展要求：检索文献，学习并理解微带天线实现圆极化的方法，尝试将上述天线设计成左旋圆极化天线，并给出轴比计算结果。二、设计步骤计算天线几何尺寸微带天线的基板介电常数为r ε= 6，厚度为 h=5mm,中心频率为 f=1.15GHz,s m /103c 8?=天线使用50Ω同轴线馈电，线极化，则（1）辐射切片的宽度2 1 )2 1(2-+=r f c w ε=69.72mm （2）有效介电常数2 1)12 1(2 1 2 1 r e - +-+ += w h r εεε=5.33 （3）辐射缝隙的长度) 8.0/)(258.0() 264.0/)(3.0(h 412.0+-++=?h w e h w e L εε=2.20 （4）辐射切片的长度L e f c L ?-=22ε=52.10mm （5）同轴线馈电的位置L1 21 )121(21 2 1)(re -+-+ += L h r r L εεξ=5.20 )1 1(21re L L ξ-= =14.63mm 三、HFSS 设计（1）微带天线建模概述为了方便建模和后续的性能分析，在设计中定义一系列变量来表示微带天线的结构尺寸，变量的定义及天线的结构尺寸总结如下：

微带天线的HFSS设计模型如下：立体图俯视图模型的中心位于坐标原点，辐射切片的长度方向沿着x轴，宽度方向沿着y 轴。介质基片的大小是辐射切片的2倍，参考地和辐射切片使用理想导体来代替。对于馈电所用的50Ω同轴线，这用圆柱体模型来模拟。使用半径为0.6mm、坐标为（L1，0,0）；圆柱体顶部与辐射切片相接，底部与参考地相接，及其高度使用变量H表示；在与圆柱体相接的参考地面上需要挖一个半径为1.5mm的圆孔，作为信号输入输出端口，该端口的激励方式设置为集总端口激励，端口归一化阻抗为50Ω。模型建立好后，设置辐射边界条件。辐射边界表面距离辐射源通常需要大于1/4波长，1.15GHz时自由空间中1/4个波长约为65.22mm，用变量length 表示。（2） HFSS设计环境概述＊求解类型：模式驱动求解。＊建模操作 ①模型原型：长方体、圆柱体、矩形面、圆面。 ②模型操作：相减操作＊边界条件和激励 ①边界条件：理想导体边界、辐射边界。 ②端口激励：集总端口激励。＊求解设置：

全向圆极化天线5

A Novel Broadband Omni-Directional Circularly Polarized Antenna for Mobile Communications Xulin Quan, RongLin Li School of Electronic and Information Engineering South China University of Technology Guangzhou 510641, China Email: ielinxu@https://www.360docs.net/doc/ed2634771.html,; lirl@https://www.360docs.net/doc/ed2634771.html, Manos M. Tentzeris School of Electrical and Computer Engineering Georgia Institute of Technology Atlanta, GA 30308, USA Email: emmanouil.tentzeris@https://www.360docs.net/doc/ed2634771.html, Abstract—This paper presents a new broadband omni-directional circularly polarized (CP) antenna for mobile communications operating nearby 2 GHz. The new omni-directional CP antenna consists of four broadband CP rectangular loops which are bent to form a hollow cylinder. A conducting cylinder is introduced inside the hollow cylinder to improve the CP performance. A broadband balun is developed to feed the CP antenna. This antenna has a compact cylindrical configuration with a diameter of 0.4?. The simulation shows that this antenna has a bandwidth of 30.8% (1.7 GHz-2.32 GHz) for return loss (RL) 10 dB and 36.1% (1.75 GHz-2.52 GHz) for average axial ratio (AR) 3 dB. Good agreement between simulated and measured results is achieved. Keywords-broadband antenna; circularly polarized antenna; omni-directional antenna; mobile communications I.I NTRODUCTION The use of circularly polarized (CP) antennas can enhance the signal reception in modern mobile communication systems. Omni-directional radiation patterns are desirable for some applications by reducing the number of cell sectors. A considerable number of designs have been studied recently for omni-directional CP antennas. For example, simple dipole arrays have been proposed in [1], [2]. The dipole array includes several tilted dipoles and can be considered as a combination of an electrical dipole and a magnetic dipole. When all dipoles are arranged and excited properly, an omni-directional CP antenna could be obtained. However, the design of this type of antenna always leads to a large size and narrow bandwidth. Several low-profile designs have been reported in [3], [4]. A patch antenna can produce vertically polarized wave while the arms around the patch produce horizontally polarized wave. When patch and arms are excited orthogonally, a CP wave can be excited. However, patch antennas usually have a narrow bandwidth. The design in [5] has a simple structure (an array of half-wavelength dipole), but leads to a large size (~4.7λ in diameter). The design described in [6] has the advantages of low-profile and simple structure. But the CP performance in the plane is parallel to the patches is poor. For all the antennas mentioned above, there is a narrow bandwidth which limits their practical applications. This paper presents a novel 3D broadband omni-directional CP antenna configuration for mobile communications?that consists of four broadband CP rectangular loop elements. The design for each individual broadband CP element can be found in [7]. A bandwidth of ~50% for the CP element has been achieved. The rectangular loop has a big aspect ratio, which can lead to a compact cylindrical size of the omni-directional CP antenna. A conducting cylinder and a broadband balun are introduced respectively to achieve simultaneously a good CP performance and impedance matching. The antenna structure will be described in section II and simulated and measured results will be presented in Section III. II.A NTENNA S TRUCTURE Fig. 1 shows the configuration of the proposed omni-directional CP antenna. The design includes four broadband CP rectangular loops printed on thin flexible dielectric substrate, which is rolled into a hollow cylinder for an omni-directional radiation pattern. The diameter of the hollow cylinder is 60 mm (0.4λ at 2 GHz), much thinner than the omni-direcational CP antenna (~4.7λ) presented in [5]. The configuration of each loop is displayed in Fig.1 (b). There are two small gaps on each primary loop to excite a travelling wave which leads to a CP wave [8]. A pair of parasitic loops (with a gap) is introduced inside the primary loop to enhance the bandwidth of the CP element. An inner conducting cylinder is introduced to improve the CP performance of the omni-directional CP antenna. Without inner conducting cylinder, each rectangular loop radiates a bidirectional pattern in the directions perpendicular to the loop plane with opposite CP senses. This feature results in a poor CP performance for the omni-directional CP antenna. To improve the CP performance, a conducting cylinder is added to the inside of the hollow cylinder. Foam is filled into the space between the hollow cylinder and the conducting cylinder to support the CP antenna. A gap is introduced at the middle of the conducting cylinder to leave a space (g1) for the feed structure. A broadband balun is designed to feed the omni-directional CP antenna. The configuration of the broadband balun is shown is Fig. 1(c). A line-slot transition is used to provide good impedance matching over a wide bandwidth. The proposed broadband balun makes use of the electromagnetic coupling between the microstrip line printed on one side of the substrate and the slot etched on the other side for a wide This work was supported by the National Nature Science Foundation of China (60871061), the GDSF (81510641010000085), the SRFDP (20080561), and the Oversea Distinguished Professor Program from the Ministry of Education of China.

HFSS天线设计实例

HFSS 天线设计实例这是一种采用同轴线馈电的圆极化微带天线切角实现圆极化

设计目标!(具体参数可能不精确，望大家谅解)主要讲解HFSS操作步骤! GPS微带天线:介质板:厚度:2mm,介电常数:2.2,大小:100mm*100mm 工作频率:1.59GHz,圆极化(左旋还是右旋这里不讲了哈),天线辐射在上半平面覆盖! 50欧同轴线馈电, 1、计算参数首先根据经验公式计算出天线的基本参数，便于下一步建立模型。贴片单元长度、宽度（正方形贴片长宽相等）、馈电点位置，分离单元长度.下表是经HFSS分析后选择的一组参数： 2、建立模型首先画出基板50mm*50mm*2mm 的基板起名为substrate

介电常数设置为如图2.2的，可以调整color颜色和transparent透明度便于观察按Ctrl+D可以快速的使模型全可见！按住Ctrl+Alt键，拖动鼠标可以使3D模型自由旋转同理，我们画贴片： 1、在基板上画出边长65mm（假设用公式算出的是这么多）的正方形 2、起名为patch,颜色选绿色，透明度设为0。5 画切角是比较麻烦的 1、用画线条工具，画三线段，坐标分别是0.5.0, 5.0.0, 0.0.0 2、移动三角形，选中polyline1,选菜旦里edit\Arrange\move,先确定坐标原点或任一点为基准点，将

三角形移动到左上角和贴片边沿齐平。 3、复制三角形，选中polyline1,选菜单里edit\arrange\duplicate\around axis,相对坐标轴复制，角度换成180，然后在右下角就出现了相对称的另一个三角形。 4、从patch上切掉对角上的分离单元polyline1和polyline1_1: 选中patch、polyline1和polyline1_1，选菜单里3D modeler\Boolean\Subtract 把polyline1和polyline1_1从patch上切掉最后剩下先在介质板底面画一个100mm*100mm的正方形作为导电地板。起名为ground 下面就是画馈源了：我们采用同轴线馈电，有两种建模方法： 1、在馈电点画一0.5mm的铜柱代表同轴线内导体，起名为feed 2、在介质板底面馈电点处画一1.5mm的圆，起名为port 3、复制port为port1,复制feed为feed1 4、复选port和feed1，执行菜单里3D Modeler\Boolean\Subtract，使port成为一个内径0.5mm外径1.5mm的圆环

螺旋天线介绍

螺旋天线介绍由金属导线绕成螺旋形状的天线。它由同轴线馈电，在馈电端有一金属板（图1）。螺旋天线的方向性在很大程度上取决于螺旋的直径(D)与波长(λ)的比值D/λ。当D/λ＜0.18时，螺旋天线在包含螺旋轴线的平面上有8字形方向图，在垂直于螺旋轴线的平面上有最大辐射，并在这个平面得到圆形对称的方向图。这种天线称为法向模螺旋天线（图2a），用于便携式电台。当D/λ＝0.25～0.46（即一圈螺旋周长约为一个波长）时，天线沿轴线方向有最大辐射，并在轴线方向产生圆极化波。这种天线称为轴向模螺旋天线（图2b），常用于通信、雷达、遥控遥测等。当D/λ进一步增大时，最大辐射方向偏离轴线方向（图2c）。

轴向模螺旋天线应用最广。图1中，D为螺旋天线直径；S为螺距；l为一圈周长；n 为圈数；α为升角；L为轴线长。它们的关系是 l2＝(πD)2＋S2 L＝nS α＝0的螺旋为平面上的单圈螺旋，取周长近似等于一个波长，并假定线上运载行波电流。在某一瞬时线上是正弦电流分布（图3）。在和x与y轴对称的任意四点A、B、C、D，电流存在下列关系：这些电流的方向相反，它们的作用彼此抵消，所以在z轴方向只有Ey分量起作用。绕圈运载的是行波，电流沿线圈的分布将绕z轴旋转。因此，在z轴方向的电场Ey也绕z轴

旋转，于是在轴向产生圆极化波，并有最大辐射，故称为轴向模辐射。这种天线具有圆极化辐射的特点，它的频带很宽，在1:1.7通频带内方向图变化不大，而且天线的输入阻抗几乎恒定，约为140欧。朝辐射方向看，螺旋右绕产生右旋波，左绕产生左旋波。为了进一步展宽频带，可将螺旋天线做成圆锥形（图4）。法向模螺旋天线(D/λ＜0.18)实质上是细线天线，为了缩短长度，可把它卷绕成螺旋状。因此，它的特性与单极细线天线（见不对称天线）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。边射式螺旋天线是一种法向模螺旋天线。它是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=Mλ(M=2，3，…整数)时，也在螺旋的法向产生最大辐射（图5）。这种天线可用作电视发射天线。

右旋圆极化矩形微带天线设计

右旋圆极化矩形微带天线设计一、引言大多数情况下，矩形微带天线工作于线极化模式，但是通过采用特殊的馈电机制及对微带贴片的处理，它也可以工作于圆极化和椭圆极化模式。圆极化的关键是激励起两个极化方式相互正交的线极化波，当这两个模式的线极化波幅度相等，且相位相差90度时，就能得到圆极化的辐射。矩形微带天线获得圆极化特性的馈电方式有两种：一种是单点馈电，另一种是正交馈电。本文采用单点馈电。我们知道，当同轴线的馈电点位于辐射贴片的对角线位置时，可以激发TM10和TM01两个模式，这两个模式的电场方向相互垂直。在设计中，我们让辐射贴片的长度L和宽度W相等，这样激发的TM10和TM01两个模式的频率相同，强度相等，而且两个模式的电场相位差为零。若辐射贴片的谐振长度为Lc，我们微调谐振长度略偏离谐振，即一边的长度为L1，另一边的长度为W1，且L1>W1，这样前者对应一个容抗Y1=G-jB，后者对应一个感抗Y2=G+jB，只要调整L1和W1的值，使得每一组的电抗分量等于阻抗的实数部分，及B=G，则两阻抗大小相等，相位分别为-45度和+45度，这样就满足了圆极化的条件，从而构成了圆极化的微带天线。其极化旋向取决于馈电点接入位置，当馈电点在如图1-1的A点时，产生右旋圆极化；当馈电点在图1-1的B 点时，产生左旋圆极化波。图1-1 单馈点圆极化矩形微带天线结构二、结构设计设计微带天线的第一步是选择合适的介质基片，假设介质的介电常数为εr，对于工作频率为f的矩形微带天线，可以用如下的公式估算辐射贴片的宽度： 2 1 2 1 2 - + =) ε ( f c W r(1) 其中，c是光速。辐射贴片的长度一把取为2 c λ，其中 c λ是介质内的导波波长，考虑到边缘缩短效应后，实际的辐射贴片长度为： L f c L e ? - =2 2ε (2) 其中， e ε是有效介电常数，L?是等效辐射缝隙长度，它们可以分别用下式计算，即为：

螺旋天线的仿真设计

一、设计题目：螺旋天线的仿真设计二、设计目的：（1）熟悉Ansoft HFSS软件的使用。（2）学会螺旋天线的仿真设计方法。（3）完成螺旋天线的仿真设计，并查看S参数以及场分布。三、设计要求：螺旋天线是一种常用的典型的圆极化天线，本设计就是基于螺旋天线的基础理论及熟练掌握HFSS10软件的基础上的，设计一个右手圆极化螺旋天线，要求工作频率为4G，分析其远区场辐射特性以及S曲线。螺旋天线通常用同轴线馈电，天线的一端与同轴线的内导体相连，另一端则处于自由状态。螺旋天线示意图如图1所示：图1、螺旋天线

四、设计参数：中心频率f=4GHz λ=75mm 螺旋导体的半径d=0.15λ=11.25mm 螺旋线导线半径a=0.5mm 螺距s-0.2λ=15mm 圈数N=7 轴向长度l=Ns 五、设计步骤在HFSS建立的模型中，关键是画出螺旋线模型。画螺旋线，现说明螺旋线模型的创建。求解类型设置与上两个设计一样，材料为copper，模型单位为mm，螺旋线的创建如下。点击Draw>Circle,输入圆的中心坐标。X:11.25 Y:0 Z:0 ,按回车键结束。输入圆的半径dX:0.5 dY:0 dZ:0 按回车键结束输入。在特性窗口中将Axis改为Y。点击确认。选中该circle。点击Draw>Helix，输入X:0 Y:0 Z:-7.5，按回车键结束输入，输入dX:0 dY:0 dZ;100 按回车键，在弹出的窗口中，Turn Directions:Right Hand Pitch:15(mm) Tuns:7 Radius change per Turn:0点击OK。在特性窗口中选择Attribute标签，将名字改为Helix。建立螺旋天线与同轴线相连的连接杆ring。点击Draw>Cylider,创建圆柱模型。输入坐标为X:11.25 Y:0

双圆极化微带天线的设计_图文(精)

第25卷第2期2010年4月电波科学学报 CHINESE JoURNAL oF RADIo SCIENCE V01.25,No.2 April,2010 文章编号1005—0388(201002一0393—05 双圆极化微带天线的设计薛欣张福顺冯昕罡冯睿 (西安电子科技大学天线与微波技术国家重点实验室.陕西西安710071 摘要研究了小型化双圆极化微带天线的设计方法。重点讨论了实现双圆极化、宽波束宽度微带叠层天线小型化的实现方法,并利用仿真软件进行仿真分析,在此基础上研制了样件,对其电性能进行了测量,测量结果表明:此微带天线具有圆极化、宽波束宽度和小型化的特点。关键词圆极化;宽波束宽度;小型化;微带天线中图分类号TN821+.1文献标志码A 1.引言微带天线的优点是体积小、重量轻、低剖面,其主要缺点是带宽很窄。一般工程中要使微带圆极化天线兼顾双圆极化、宽波束宽度和小型化的特点具有一定难度,在此工程背景上进行了研究,使天线能同时工作在两个离散的频率点,产生不同旋向的圆极化特性[1]。由于圆极化天线带宽很窄,加工时,尺寸稍有误差,便使得圆极化特性变差。采用双馈点馈电,增加天线的对称结构,改善了圆极化特性,最终利用经验公

式和仿真软件,设计了工作在两个不同频率点,不同旋向的圆极化天线,并采用高介电常数的介质板来减小天线尺寸,和展宽波束宽度[2喝]。 2.微带天线的设计天线的设计要求为天线安装在边长为48mm,四周倒圆角的方形底座上,分别工作在L波段和S 波段,其电压驻波比VSwR≤2,轴比Axial Ratio≤2dB。工作频率L波段时产生左旋圆极化波,工作频率S波段时产生右旋圆极化波。采用多层重叠的微带天线实现双频双圆极化特性,该优点是便于工程实现和加工。为了减小天线的尺寸和展宽辐射波束宽度,采用介电常数为9.8的陶瓷介质,厚度为2mm,工作频率在S波段的上层,工作频率在L波段的下层。高频天线工作的时候下层的天线充当了地板;当低频天线工作时,高频天线因为尺寸小,减小了对低频天线的影响。同时收稿日期:2009一05—24 联系人:薛欣E-mail:xuxwindy@https://www.360docs.net/doc/ed2634771.html, 改变天线的形状,改善波束宽度范围内的圆极化特性。如图1所示。圆极化方式采用双馈电点,两个馈电端口所辐射的TM们和TM。。模,在贴片辐射方向形成两个正交分量,相差,c/2,选择适当的激励频率,可以使两个模式同时被激励,从而得到一个圆极化辐射场,选择适当的相差,使得上层辐射右旋圆极化场,下层辐射左旋圆极化场。 (b侧视图图1天线结构 2.1贴片的设计设计贴片时,先根据正方形贴片天线的经典公

螺旋天线的仿真设计微波课设

太原理工大学现代科技学院课程设计任务书

指导教师签名：日期：

专业班级学号姓名成绩一、设计题目螺旋天线的仿真设计二、设计目的（1）熟悉Ansoft HFSS 软件的使用。（2）学会螺旋天线的仿真设计方法。（3）完成螺旋天线的仿真设计，并查看S 参数以及场分布。三、实验原理螺旋天线（helical antenna ）是一种具有螺旋形状的天线。它由导电性能良好的金属螺旋线组成，通常用同轴线馈电，同轴线的心线和螺旋线的一端相连接，同轴线的外导体则和接地的金属网（或板）相连接，该版即为接地板。螺旋天线的辐射方向与螺旋线圆周长有关。当螺旋线的圆周长比一个波长小很多时，辐射最强的方向垂直于螺旋轴；当螺旋线圆周长为一个波长的数量级时，最强辐射出现在螺旋旋轴方向上。四、设计要求设计一个右手圆极化螺旋天线，要求工作频率为4G ，分析其远区场辐射特性以及S 曲线。本设计参数为：螺旋天线的中心频率 f=4GHz ， λ=75mm ； ……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………

螺旋导体的半径 d=0.15λ=11.25mm ；螺旋线导线的半径 a=0.5mm ；螺距 s=0.25λ=18,75mm ；圈数 N=3；轴向长度 l=Ns ；五、设计仿真步骤在HFSS 建立的模型中，关键是画出螺旋线模型。画螺旋线，现说明螺旋线模型的创建。 1、建立新的工程运行HFSS ，点击菜单栏中的Project>Insert Hfss Dessign ，建立一个新的工程。 2、设置求解类型（1）在菜单栏中点击HFSS>Solution Type 。（2）在弹出的Solution Type 窗口中（a ）选择Driven Modal 。（b ）点击OK 按钮。 3、设置模型单位将创建模型中的单位设置为毫米。（1）在菜单栏中点击3D Modeler>Units 。（2）设置模型单位：（a ）在设置单位窗口中选择：mm 。（b ）点击OK 按钮。 4、设置模型的默认材料在工具栏中设置模型的下拉菜单中点击Select ，在设置材料窗口中选择copper （铜）材料，点击OK 按钮（确定）确认。 5、创建螺旋天线模型（1）创建螺旋线Helix 。在菜单中点击Draw>Circle,输入圆的中心坐标。X:11.25 Y:0 Z:0 ,按回车键结束。输入圆的半径dX:0.5 dY:0 dZ:0 按回车键结束输入。在特性（Porperties ）窗口中将Axis 改为Y 。点击确认。在历史操作树中选中该circle 。在菜单键点击Draw>Helix ，在右下角的输入栏中 …………………………………装……………………………………订………………………………………线……………………………………………

圆极化微带阵列天线的设计

圆极化微带阵列天线的设计时间：2011-02-23 18:40:02 来源：电子科技作者：张明民鄢泽洪天线系统作为无线通信系统中的一个关键的部分，其特性的好坏直接影响着整个通信系统的工作性能。无论是在军事国防还是民用通信领域，对于天线单元及阵列的阻抗带宽、方向图、极化和增益特性都提出了更高的要求。在实际应用中，往往要求天线具有高增益、高功率、低旁瓣、波束扫描或波束控制等特性，采用某种形式的阵列天线则较容易获得这些特性，因此，阵列技术在实际中获得了广泛的应用。 1 微带天线的设计本文设计的微带阵列天线的主要指标是：工作频率在2．4～2．5 GHz；天线极化方式为圆极化；天线增益>10 dBi；驻波<1．5；方向图E面波瓣宽度和面波瓣宽度>25°；尺寸约为400 mm×400 mm。 1．1 微带天线单元天线单元采用双馈电点的正方形贴片的微带结构实现圆极化特性。同时，通过介质层(相对介电常数2．65)的厚度，可以实现天线单元工作带宽的展宽。利用HFSS软件，获得天线单元的最终结构尺寸，其仿真模型，如图1所示。介质层高度为4／mm，辐射贴片边长35．25 mm，可根据正方形经典天线的设计公式L=0．5 λg-2△l得到。 1．2 天线单元馈电网络设计根据天线双馈电点的特性设计天线的匹配网络。圆极化方式采用双馈电点，两个馈电端口所辐射的TM01模和TM10模，在贴片辐射方向形成来年各个正交分量，相差π／2，选择适当的激励频率，可以使两个模式同时被激励，从而得到一个圆极化辐射场，所以馈电网络采用Wilk-inson功分器，移相器采用普通微带传输线。利用微带传输线移相的特性，使功分器终端得到两个等幅，相位相差π／2的电场。

一种RFID小型圆极化四臂螺旋天线

一种RFID小型圆极化四臂螺旋天线摘要设计了一种用于UHF频段射频识别系统的小型右手圆极化四臂螺旋天线。天线由印制在微带介质板的4个长条形臂组成，通过微带功分器馈电。天线在进行4个端口的单独匹配和功分器相连时，需采用一种新的匹配方法。通过仿真优化，天线尺寸为60 mm×60 mm×6 mm，峰值增益为3.8 dB，带内轴比<3 dB，3 dB波束宽度>120°，前后比>15 dB。实物测试结果与仿真结果吻合。近年来射频识别(Radio Frequency of Identificatio，RFID)技术的应用逐渐广泛，同时也倍受重视。特别是UHF频段的RFID系统，由于其传输距离远、传输速率高，受到了更多地关注。典型的RFID系统由RFID阅读器和标签两部分组成，RFID无源标签依靠RFID 阅读器发射的电磁信号供电，并通过反射调制电磁信号与阅读器通信。因此，RFID标签天线设计的优劣对其系统工作性能有关键的影响。常见的射频识别阅读器天线有折合振子天线、分形天线、微带天线以及轴向模螺旋天线。由于折合振子天线和分形天线一般为线极化天线，难以满足阅读器对各方向电子标签的识别要求，所以在较多场合不适用;而微带天线由于其面积尺寸过大，在小型化的阅读器手持机上的使用受到了限制;轴向模螺旋天线同样因轴向高度过高，在实际使用中也受到了限制。因此，如何设计出一种小尺寸、低剖面、高性能的圆极化射频识别天线成为了关注的焦点。四臂螺旋天线由于其圆极化性能出色，被广泛应用于GPS领域。随后经过进一步发展，Wang—lk Son等人将四臂螺旋天线应用至RFID，并利用平面倒F天线代替了传统的单极子天线作为四臂螺旋天线的天线臂，如图1所示，实现了良好的效果。文中利用该方式，设计了一种在尺寸和性能上更具优势的RFID阅读器天线。 1 小型化四臂螺旋天线的设计 1.1 四臂螺旋天线的设计文中设计的倒F四臂螺旋天线的结构如图2所示。天线由4个完全相同的倒F天线组成，水平部分印制在介电常数为9.6，尺寸为60 mm× 60 mm，厚度为1 mm的矩形微波复合介质板上，垂直部分印制在相同的4个厚度为1 mm的FR4小介质板上。4个天线馈电为等幅馈电，相位按逆时针相位依次滞后90°，形成右手圆极化。

螺旋天线的分析

黄冈师范学院本科生毕业论文题目：螺旋天线的分析专业年级：电子信息工程（2008级）学号：学生姓名：指导教师：论文完成日期2012 年 5 月

郑重声明本人的毕业论文是在指导老师的指导下独立撰写并完成的。毕业论文没有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权行为，如果有此现象发生，本人愿意承担由此产生的各种后果，直至法律责任；并可通过网络接受公众的查询。特此郑重声明。毕业论文作者（签名）： ______年月日

目录摘要..................................................................................................................................I ABSTRACT . (Ⅱ) 1、绪论 (1) 1．1螺旋天线的发展历史 (1) 1．2螺旋天线发展前景 (2) 2、螺旋天线的原理 (3) 2.1相关背景与技术 (3) 2．1.1 相似原理 (3) 2．1.2 非频变原理 (4) 2．1.3 螺旋天线工作原理 (4) 2.2螺旋天线的技术指标 (5) 2.3螺旋天线原理和相关计算 (8) 2．3.1 平面阿基米德螺旋天线的基本形式 (8) 2．3.2 螺旋天线辐射原理 (9) 2．3.3 螺旋天线的藕合原理 (10) 3.1HFSS简要介绍 (13) 3.2天线建模、仿真及结果分析 (13) 3．2.1 螺旋天线HFSS仿真流程图 (13) 3．2.2 天线仿真的参数结果和分析 (14) 结束语 (20) 参考文献 (21) 致谢 (23)