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一种新型双臂螺旋天线的研究与设计

作者:时间:2009-12-18来源:网络收藏


随着卫星无线电导航业务的迅猛发展,越来越多的国家开始发展自己的导航通信系统。由于各种导航通信系统的卫星在空间的分布有限,因此在低信息速率、小容量的卫星导航通信系统中,要求所用终端的天线具有体积小,损耗低,极化为圆极化,俯仰面要宽和方向图为全向方位面。虽然单臂和四臂经常被采用,然而单臂增益比双臂螺旋天线低2 dB,四臂螺旋天线要求各线的馈电相位分别为0°,90°,180°,270°,这就势必要求比较复杂的馈电网络,而双臂螺旋天线正好弥补了它们的缺点。通过调节螺旋的物理参数,能够得到主瓣指向卫星的赋形波束,所以在卫星导航通信系统中双臂螺旋天线成了一种适宜的选择。
根据卫星导航通信系统要求,终端所用天线设计需要满足以下几点:天线覆盖范围为方位O°~360°,天顶角为20°~58°,波瓣中心增益为5.5 dBi,波瓣中心点±19°处的增益为2.5 d Bi。除此之外,发射右旋圆极化波的轴比小于3 dB,要求在不到1 %的频带内电压驻波比小于1.5。由于特殊的用途要求,终端所用天线不同于传统的法向和轴向螺旋天线。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/188453.htm


1 天线模型的设计
采用的双臂螺旋天线,使用平行双线缠绕柱状介质棒而成,平行双线是一种开放式的传输线,其电场向外部延伸。当平行双线扭曲变形时就会引起辐射,其馈电点相位差180°。由于采用同轴线给双线馈电,匹配变得至关重要,也成为本天线设计的一个难点,在非对称的同轴线与对称螺旋线之间需要用到对称转换器(本文采用裂缝式对称转换器),其结构示意图如图1所示。

在柱坐标中,螺旋线位于半径为r0的支撑杆表面上,螺旋线可以定义为:


它在ψ和z向具有周期性,模型如图2所示。

2 天线分析以及性能的研究
双臂螺旋天线的双臂上电流近似为:


式中,
令α为积分变量,则电场公式为:


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关键词: 螺旋天线

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