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

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四臂螺旋天线研究与设计

科教前哨　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｉｓｉｏｎ　科技视界　２０１２年０４月第１１期　

四臂螺旋天线研究与设计　

程醅，李英杰　

（１．中国电子科技集团第二十研究所陕西西安７１０Ｏ６８；２．西安电子科技大学陕西西安７１００７１）　

【摘要】本文设计了一种多频点角锥形四臂螺旋天线，并对其各种参数进行了优化。天线设计工作在Ｌ波段，各频点驻波　

系数小于２，天线要求为右旋圆极化。利用Ａｎｓｏｆｔ　ＨＦＳＳ软件对天线进行了仿真分析，结果表明该天线具有良好的增益特性和方　

向图特性，基本实现了天线的设计要求。　

【关键词】四臂螺旋；圆极化；宽波束　

Ｓｔｕｄｙ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｑｕａｄｒｉｆｉａｒ　Ｑｅｌｉｘ　Ａｎｔｅｎｎａ　ＣＨＥＮＧ　Ｚｈｅ　ＬＩ　Ｙｉｎｇ－Ｊｉｅｚ　

（１．ＣＥＴＣ　ｔｈｅ　２０ｔｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉ’ａｌｌ　Ｓｈａａｎｘｉ，７１伽ｌ６８；２．Ｘｉｄｉａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ　Ｓｈａａｎｘｉ，７１００７１）　

【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ａ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　ａ　ｑｕａｄｒｉｆｉｌａｒ　ｈｅｌｉｘ　ａｎｔｅｎｎａ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｎｔｅｎｎａ　ａｒｅ　

ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　ｂｙ　ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ　ａｎｔｅｎｎａ　ａｒｅ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｔｏ　ｅｎｓｕｒｅ　ＶＳＷＲ＜２　ａｔ　ａｒｏｕｎｄ　Ｌ－ｂａｎｄ，ａｎｄ　ｒｉｇｈｔ　ｈａｎｄ　ｃｉｒｃｕｌａｒ　ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ．　

Ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　Ａｎｓｏｆｌ　ＨＦＳＳ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｔｏ　ｏｐｔｉｍｉｚｅ　ｔｈｅ　ｑｕａｄｒｉｆｉｌａｒ　ｈｅｌｉｘ　Ａｎｔｅｎｎａ　ｆｏｒｍ，ｏｎ　ｔｈｉｓ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔＩｌｅ　

一种新型双频宽波束四臂螺旋天线的设计

白旭东;曹岸杰;唐晶晶;闫鹏;李振海;金荣洪;耿军平;梁仙灵

【摘要】根据移动卫星通信和卫星导航定位中对天线宽波束、圆极化和低仰角增益等要求，设计了一种新型的双频四臂螺旋天线，通过将工作于不同频段的两副结构类似的天线以内外共轴的方式形成一个整体来实现双频工作。天线通过开槽线巴伦实现平衡馈电，利用四臂螺旋自身的结构特点构造了90°自相移结构，获得了较好的宽波束圆极化特性。测试结果表明。实测和仿真结果基本一致，天线在两个频段都实现了较好的宽波束圆极化特性。%The satellite communication systems

and satellite navigation systems usually require the anten- na to provide

wide beam, circular polarization and high gain at low elevation. Based on

these needs, a new type of dual-band wide-beam quadrifilar helix antenna

is designed. The available dual-band is a- chieved by putting two similar

antenna structures operated at different frequency bands in an inner and

outer coaxial way, and fed by a split coax balun. A 90° seff-phased

structure is formed through the quadrifilar helix characteristic to obtain a

wide beam and good circular polarization performance. Experi- mental

宽带小型化四臂螺旋天线概要

宽带小型化四臂螺旋天线

随着现代无线通信事业的发展,卫星导航定位系统在人类社会生活中起着的作用已经越来越重要。全球定位系统(Global Positioning System, GPS)在民用及军事领域内具有广泛的应用。近年来GPS定位技术在民用领域得到迅速发展,特别是在车辆导航和移动电话定位这两个方面。而研究卫星定位系统终端使用的天线具有重要的价值与意义,特别是天线的宽带化、小型化技术。在众多的天线形式当中,四臂螺旋天线由于具有良好的宽波束圆极化特性,满足卫星定位系统接收天线要求。本文主要设计了三种用于卫星导航定位系中的四臂螺旋天线,同时给出了螺旋天线的设计过程以及实验和仿真结果。论文主要包括以下内容：首先,综述了卫星导航定位系统的发展和现状,介绍了卫星定位系统天线的技术要求及常用的天线形式,并对最常用的微带天线及四臂螺旋天线的特性进行了对比。第二,详细讨论四臂螺旋天线的物理结构及工作原理,总结了四臂螺旋天线的宽带化、小型化技术的发展现状。第三,设计了一种新颖的宽带四臂螺旋天线。该天线使用宽带微带巴伦及威尔金森功分器进行馈电,馈电网络包裹在天线内部节省了安装空间。天线工作在GPS频段,中心频率为1.575MHz,波束极化形式为右旋圆极化。我们使用Ansoft HFSS11.0软件对天线模型进行了仿真研究,波束宽度达150度,波束宽度内轴比小于3dB。S11小于-10dB的带宽达到0.82GHz至2.62GHz。天线在很宽的频带内具有良好的宽波束圆极化特性。第四,设计了一种带有新型馈电网络的宽带角锥四臂螺旋天线,其波束宽度为150度,波束宽度内轴比小于3dB,S11小于-10dB的相对带宽达39.7%,3dB轴比带宽达到22%。另外还设计了一种采用平行折叠式螺旋臂的小型化圆柱印刷四臂螺旋天线,其波束宽度为120度,波束宽度内轴比小于3dB,S11小于-10dB的带宽及3dB轴比带宽均达10.5%,实现了宽带小型化。

(完整word版)四臂螺旋天线简介

四臂螺旋式天线

四臂螺旋式天线（Quadrifilar Helix Antenna ）一般由四条按特定规则弯曲的金属线条镶于圆柱形基材上，无需任何接地。它具备有Zapper天线的特性，也具备有垂直天线的特性。此种巧妙的结构，使天线任何方向都有3dB的增益，方向图特性良好。四臂螺旋式天线拥有全面向360度的接收能力，因此在与pda结合时,无论PDA的摆放位置如何,四臂螺旋式天线皆能接收,有别于使用平板GPS天线需要平放才能较好的接收的限制.使用此种天线,当卫星出现于地平面上10度时,即可收到卫星所传送的讯号.

发展历史

四臂螺旋天线是美国约翰普金斯大学应用物理实验室博士Kilgus于1968年提出的，之后人们对其进入了深入的研究。该天线具有心型方向图、良好的前后比及优异的圆极化特性，因此被广泛应用于卫星通信系统，尤其被认为是理想的全球定位系统GPS和卫星手机接收天线，但体积大是其缺点。

早期四臂螺旋天线的辐射单元一般采用金属管或金属线，通过弯曲成型或缠绕在绝缘柱上，这样必然需要在馈电网络中加入复杂的平衡转换器和阻抗匹配网络，螺旋结构也需要机械支撑，因此天线体积较大，难于批量生产。

2001年Leisten提出了陶瓷介质加载四臂螺旋天线。该天线采用陶瓷填充，天线体积缩小大10.00×17.8mm（底面直径×高），为未加载的1\6.相对于应用于GPS系统的介质加载微带贴片天线，DQHA还具有优良的前后比和广角圆极化特性，且电磁场被束缚在陶瓷核内，近场很小，天线受手机、人体等周围环境影响很小。

陶瓷天线虽然在性能方面表现已经较好，但需要十多种不可缺少工艺，才制成产品。流程长的代价是产品巨贵，且体积不大不小的，在手机中用，体积需要进一步减小。为此国内研究左手材料及天线的专家在2011年联合推出了一款自主研发的新型多频四臂螺旋天线，即微航牌四臂螺旋天线。相比于陶瓷天线，微航牌天线在相同的体积增益高、相同的增益体积小，并有圆柱型（直径6.0mmX12mm）、条形（6.0mmX6.0mmX13mm）等多种款式，可用于手机GPS中。

4-7一种用于RFID仓库管理的小型化圆极化天线要点

·1· 一种用于RFID仓库管理的小型化圆极化天线

何蔚黄银龙孙伟华

（公安部第三研究所防伪技术事业部）

摘要：本文提出了一种用于RFID仓库管理的小型化圆极化天线。该圆极化天线主要工作在UHF频段。该天线具有小型化和圆极化特性。文中讨论了该天线的主要参数，包括回波损耗、带宽、方向图、轴比、增益等。通过对该天线进行多天线组合，该天线能很好地实现RFID读写器对被管控物资标签的无盲区管理目的，克服了在仓库物流管理中RFID读写器对被管理物资标签不能完全准确识读的缺陷。

关键词：圆极化天线 RFID

A Miniature Circular Polarization Antenna for RFID

Warehouse Management

He Wei Huang Yinlong Sun Weihua

(Anti-counterfeit Information Department, the Third Research Institute of the Ministry of Public Security 201204, China)

Abstract In this study, an A miniature circular polarization antenna operating at UHF band for RFID warehouse management is

proposed. By this structure, the antenna has miniature and circular polarization characteristic. Its main parameters such as return loss,

impedance bandwidth, radiation patterns，axial ratio and gains are discussed. The results show that modeling of such antennas, with

一种圆极化RFID天线阵的设计

龙源期刊网

一种圆极化RFID天线阵的设计

作者：彭海龙

来源：《中国新通信》2014年第03期

【摘要】本文在完成单元圆极化微带天线设计和馈电网络等相关问题的基础上，设计了一个16单元的2.45GHz圆极化微带天线阵，用电磁仿真软件Ansoft HFSS完成天线仿真设计，优化了天线的性能，最后加工成实物天线。通过微波暗室对实物天线参数测试，实测结果与仿真结果基本一致。天线安装在有源RFID系统中，读卡范围得到有效控制，效果达到满意。此天线产品成本低、加工简单、易于生产组装，已经批量生产，并获得了国家实用新型专利。

【关键词】圆极化微带天线 RFID天线阵列

一、引言

微带天线体积小、重量轻，剖面低，可与载体共形，易与有源器件集成等优点，已经被广泛的应用在移动通信、卫星通信、导航等领域[1]。但用于制作微带天线的微波材料价格昂贵，而且微带天线带宽窄，这也是微带天线的缺点。

随着射频技术的发展，射频识别产品已经在现实生活中得到了广泛的应用，例如停车场辆管理系统、不停车自动收费系统、人员管理、电子防伪、物流监控、生产自动化管理等。我公司已经研发出多款射频产品，其中2.45G有源产品的一个应用方向是对特定范围内的卡片进行读取。本文在已有定型外壳的有限空间范围内设计了一个16单元的2.45G圆极化微带天线阵，通过板材选取降低天线成本（在实际工程允许条件下牺牲了部分天线增益），进行了HFSS仿真、实物加工以及微波暗示测试，实测结果与仿真结果基本一致，实际应用中达到了满意的效果。

二、微带天线阵的设计与优化

微带天线的辐射贴片单元的几何形状有多种，常用的几何形状有矩形、圆形、三角形、多边形等，其中矩形是微带天线典型应用形状，有一系列比较成熟的理论作为研究依据，并且设计简单，便于圆极化波产生。微带天线还有一个显著的优点就是便于圆极化工作的实现，常用方法主要有[2]：1、切角微扰一点馈电法；2、相位差90°的两点馈电法；3、微带天线阵构成圆极化微带天线法。

四臂螺旋天线设计与实现研究

第ｌ４期　２０１７年７　Ｊ　无线互联科技　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ＴｅＣｈｎｏｌｏｇＹ　ＮＯ．１４　Ｕｌｖ．２Ｏ１７　

四臂螺旋天线设计与实现研究　

樊际洲　

（广州海格通信集团股份有限公司，广东　广州　５１０６６３）　

摘　要：文章介绍了四臂螺旋天线的结构特性和几何尺寸、螺旋模式；设计了一种小型四臂螺旋天线，采用巴伦平衡结构的自　相移馈电方式馈电，将螺旋臂印刷在高介电常数陶瓷柱上，减小了天线的体积，通过仿真分析，该种天线具有良好的宽波束和　圆极化特性　关键词：四臂螺旋天线；陶瓷介质；圆极化；宽波束　

１　螺旋天线　

１．１螺旋天线的结构与几何特性　

金属导体按螺旋状绕韦ｌＪ，形成天线主体结构，天线形状　

根据蝶旋半径的渐变可分为锥体和柱体两种。按照天线结　构形式，一般分为平面螺旋天线和立体螺旋天线。常用的儿　

种类型主要有锥螺旋天线、多绕轴向模螺旋天线、平面等角　

螺旋火线和阿壁米德螺旋天线等。天线的输入是一个端口　

开路或连接电缆外导体，另一端ｒ］连接同轴电缆内芯。同轴　【乜缆馈电时，会发生天线内部电流泄漏到电缆外皮现象，一　

般在天线馈电端口处安置商径Ｒ＝０．８—１．５　金属圆盘，保证　

了大线的平衡馈电。蝶旋天线基本结构和儿何特性具体如　

１所＿，Ｊ　。　

卜＿　

（ａ）螺旋天线模犁　（ｂ）单嘲螺旋线尺寸笑系　

图１螺旋天线基本结构和几何特性　

螺距角为：ａ＝ａｒｃｔｇ（Ｘ／ＫＤ）　（１）　

长为：　＝（　Ｄ）　十　（２）　轴向尺、　长度日为：Ｈ＝ｎＸ　（３）　

当Ｘ＝０，ａ＝０。时，螺线天线可简化为环形天线；当Ｄ＝０，　

ａ＝０。时，可简化为线型天线。　

１．２螺旋天线辐射模式分析　四臂螺旋天线辐射特性受天线结构的影响较大，螺旋　

直径波长比Ｄ　，直径Ｄ起到关键作ＪＥ｝Ｉ，决定了辐射办式。当　

商径Ｄ＜２时，辐射模式为法向模，螺旋天线最大辐射方向与　

轴线卡¨交９００，儿何形状呈现圆形且垂直于轴向的平面方向　

图，　在轴向平面内的方Ｉ甸图　８字形状：当直径Ｄ　一　４　２　

四臂螺旋天线简介

四臂螺旋式天线

发展历史

一种新型双频宽波束四臂螺旋天线的设计 2

第１期　２０１２年２月　中日荡；纠譬唧宪瞎学机　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ＣＡＥＩＴ　Ｖｏ１．７　Ｎｏ．１　Ｆｅｂ．２Ｏ１２　

ｇ　ｉ工程毒　应　只；　

石　写＼！　

一种新型双频宽波束四臂螺旋天线的设计　

白旭东，曹岸杰，唐晶晶，闫　鹏，李振海，金荣洪，耿军平，梁仙灵　

（上海交通大学电子工程系，上海２００２４０）　

摘要：根据移动卫星通信和卫星导航定位中对天线宽波束、圆极化和低仰角增益等要求，设计了　

一种新型的双频四臂螺旋天线，通过将工作于不同频段的两副结构类似的天线以内外共轴的方式　

形成一个整体来实现双频工作。天线通过开槽线巴伦实现平衡馈电，利用四臂螺旋自身的结构特　

点构造了９０。自相移结构，获得了较好的宽波束圆极化特性。测试结果表明。实测和仿真结果基本　

一致，天线在两个频段都实现了较好的宽波束圆极化特性。　

关键词：宽波束；四臂螺旋天线；９０。自相移；巴伦　

中图分类号：ＴＮ８２３　．３１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３－５６９２（２０１２）Ｏｌ－０８ｌ－０４　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ａ　Ｎｏｖｅｌ　Ｄｕａｌ・－Ｂａｎｄ　Ｗｉｄｅ－－Ｂｅａｍ　Ｑｕａｄｒｉｆｉｌａｒ　Ｈｅｌｉｘ　Ａｎｔｅｎｎａ　

ＢＡＩ　Ｘｕ－ｄｏｎｇ，ＣＡＯ　Ａｎ－ｊｉｅ，ＴＡＮＧ　Ｊｉｎｇ－ｊｉｎｇ，ＹＡＮ　Ｐｅｎｇ，ＬＩ　Ｚｈｅｎ—ｈａｉ，ＪＩＮ　Ｒｏｎｇ・ｈｏｎｇ，　

ＧＥＮＧ　Ｊｕｎ—ｐｉｎｇ，ＬＩＡＮＧ　Ｘｉａｎ—ｌｉｎｇ　

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｊｉａｏ　Ｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２００２４０，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ａｎｄ　ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｕｓｕａｌｌｙ　ｒｅｑｕｉｒｅ　ｔｈｅ　ａｎｔｅｎ—　

ｎａ　ｔｏ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｗｉｄｅ　ｂｅａｍ，ｃｉｒｃｕｌａｒ　ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｇａｉｎ　ａｔ　ｌｏｗ　ｅｌｅｖａｔｉｏｎ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅｓｅ　ｎｅｅｄｓ，ａ　

gps宽带四臂螺旋天线研究

摘要

自1901年马可尼首次成功实现了无线通信，无线产品相继涌现，已然将人们的

生活变得越来越便利。无线通讯技术发展之迅速、应用之广泛是科技进步的体现也是

人们生活品质提高的需求。在无线通信系统中，天线是一个关键的设备，负责辐射和

接收电磁波，其性能参数的优劣直接影响了整个系统的运行。而天线的种类繁多，不

同的应用方向上都有相应的天线来配备使用。其中四臂螺旋天线不仅具有良好的圆极

化性能、心脏形方向图，灵敏度也较高，非常适合作为全球定位系统（Global Positioning

System，GPS）中的接收天线来使用。众所周知，全球定位系统随着无线通信技术的

发展，早已不局限于军事的应用，慢慢融入了社会发展、经济建设等领域。越来越广

泛的应用，往往意味着越来越高的标准，也就需要越来越深入的研究，尤其是对系统

的信号接收起决定性作用的天线。基于此应用领域，本文结合陶瓷加载、LTCC等技

术对宽带化的四臂螺旋天线做了相应的研究和设计工作。

首先是对四臂螺旋天线研究背景的充分介绍和理论基础的详细分析。四臂螺旋天

线的四臂结构形式要获得优良的圆极化特性需等幅正交的馈电，天线设计的工程中不

只要考虑天线特性，馈电网络也是一个不可忽视的问题。另一个值得注意的是天线发

展过程中与新材料、新工艺等的结合，这是科技进步的新趋势。

其次介绍了本文设计的一种陶瓷柱加载的四臂螺旋天线。在天线小型化的道路上，

高介电常数陶瓷材料的加载无疑是一重要里程碑，在此基础上，本设计又结合了在天

线主辐射臂旁附加短路寄生臂的方法来展宽天线带宽。经过仿真优化，天线整体尺寸

仅为直径10mm、高度12mm的柱体大小，半功率波瓣宽度可达120以上，带宽可达

15%，且实现了很好的右旋圆极化特性。

之后本文又设计了一种方形印刷四臂螺旋天线。该天线放弃了传统的柱体绕制结

构，采用立方体的相邻四面分别印刷天线四个臂的形式，将四臂螺旋天线的宽波束和

良好圆极化特性的优势与微带天线易加工生产的优点相结合。同时为了增加天线的输

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