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)

螺旋天线的分析

专业：电信班级：作者：指导老师：

摘要

本文对螺旋天线的发展历史和前景作了简要介绍，并对螺旋天线的工作原理和分析方法作了概述，包括对天线进行分析的主要指标、计算公式，螺旋天线的各项参数。针对平面阿基米德螺旋天线进行了详细分析和论述;同时针对该工作在2.4GHZ的阿基米德螺旋天线实体用ansoft hfss13.0软件进行仿真，探究了阿基米德螺旋天线参数对方向图、增益宽度、阻抗宽度、轴比宽度的影响,并且对仿真后的输入功率、净输入功率、辐射功率、辐射效率、方向性系数、最大增益、前后向比等进行分析。

关键词：螺旋天线阿基米德螺旋天线 hfss仿真功率辐射增益

Analysis of the helical antenna

Speciality: Electronic & Information Engineering

Class: 0802 Author: Song Biao Tutor: Luo Chunya

Abstract

This article briefly introduced the history of the development and prospects of the spiral antenna, and spiral antenna works and methods of analysis are summarized. Analysis of the key indicators, including the antenna calculation formula, the parameters of the helical antenna, A detailed analysis and discussion of planar Archimedean spiral antenna. The work Archimedean spiral antenna entities in 2.4GHZ of by ansoft hfss13.0 software simulation. Explore the Archimedean spiral antenna parameters on the pattern, gain width, impedance width, the influence of the axial ratio of the width,And the Incident power after the simulation, the Acceptable power, Max U, radiation efficiency, directivity, maximum gain before and after analysis to the ratio. Keywords: Helical antenna Archimedean spiral antenna HFSS simulation

Power Radiation Gain

1、绪论

1.1 螺旋天线的发展历史

德国物理学家赫兹在1887年为验证英国数学家麦克斯韦预言的电磁波设计了第一个天线,其组成是两根30cm长的金属杆,杆的终端是两块40cm2 的金属板,采用火花放电激励电磁波,而接收天线刚是环天线。其后1901年意大利物理学家马可尼用别一种天线实现了远洋通信．发射天线结构是50根下垂的铜线组成扇形的结构，顶部被水平横线连在一起，横线挂在两个高为45.72m，相距60.96m宽的塔上，发射机也是采用了电火花放电式，并接在天线和地之间。1925年以后，中短波无线电广播和通信开始应用，天线的发展也主要集中在这一波段。1940年以后，线状天线的相关理论已经成熟。第二次世界大战，雷达的应用大大的改观了反射面天线的发展，自后到70年代，由于电视广播﹑无线通信的需要，尤其是人类进入太空，对天线有了各种新的需求，也由此出现了多元化的新型天线。

天线按照用途划分,有通信天线﹑雷达天线、导航天线、电视天线和广播天线；按照工作频段划分，有长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线和微波天线。按照结构和分析方法划分，天线可以划分为线天线和口径天线两大类。线天线的辐射场通常由导线上的电流分布来计算，口径天线的辐射场通常由口径上的电场和磁场的切向分量来计算。线天线基本上是金属导线构成，主要包括偶极天线和单极天线、螺旋天线、八木天线、对数周期天线、行波天线。口径天线主要包括喇叭天线、反射天线、缝隙天线、微带天线。

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。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。

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。

平面阿基米德螺旋天线自20世纪50年代被提出以来, 由于其宽频带、圆极化、低剖面等特性满足雷达对抗的需求, 因而在电子战领域得到越来越广泛的重视和应用。实际应用中, 希望在很宽的频带内, 在保证天线的电气性能指标基本不变的情况下尽量减小背腔螺旋的体