紧凑型印刷四臂螺旋天线的设计

船载海事卫星通信印刷四臂螺旋天线设计
付世强;房少军;路凯;王钟葆
【期刊名称】《舰船电子工程》
【年(卷),期】2010(030)002
【摘要】为了解决四臂螺旋天线馈电结构复杂和网络损耗较大的问题,提出一种集成新型馈电网络结构的印刷四臂螺旋天线.通过大量的计算机电磁仿真分析发现天线的性能主要由螺旋臂的长度、螺旋的直径和螺旋节距的升角决定.基于此,制作了一款应用于船载海事卫星通信的印刷四臂螺旋天线并进行了测试.测试结果表明天线在系统要求的工作频带内驻波比小于1.4,增益高于2dB,半功率波瓣宽度达到140°,上半空间主要区域轴比小于3dB.测试结果与仿真结果具有较好的一致性.天线实际应用效果良好.
【总页数】4页(P180-183)
【作者】付世强;房少军;路凯;王钟葆
【作者单位】大连海事大学信息科学技术学院,大连,116026;大连海事大学信息科学技术学院,大连,116026;大连海事大学信息科学技术学院,大连,116026;大连海事大学信息科学技术学院,大连,116026
【正文语种】中文
【中图分类】TN82
【相关文献】
1.四臂螺旋天线设计与实现研究 [J], 樊际洲
2.应用于海事卫星通信的低剖面变升角螺旋天线设计 [J], 傅世强;周月;房少军;曹媛
3.一种弹载四臂螺旋天线设计 [J], 丛伟杰;董浩;商锋
4.一种弹载四臂螺旋天线设计 [J], 丛伟杰; 董浩; 商锋
5.测位用共形四臂圆锥螺旋天线设计与验证 [J], 申巍;王森;张利剑;杨昊;王西香;雷蕾
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船载海事卫星通信印刷四臂螺旋天线设计提纲：第一章：绪论1.1 研究背景和意义1.2 国内外研究现状分析1.3 研究目的和内容1.4 研究方法和技术路线第二章：船载海事卫星通信系统概述2.1 船载通信系统的基本要求2.2 海事卫星通信系统的特点和应用2.3 国内外主要设备的技术特点第三章：四臂螺旋天线设计3.1 螺旋天线的基本原理3.2 四臂螺旋天线的结构设计3.3 四臂螺旋天线的性能分析3.4 四臂螺旋天线的制作工艺第四章：四臂螺旋天线性能测试4.1 性能测试系统的设计4.2 天线增益和辐射图的测试结果4.3 天线带宽和极化性能的测试结果第五章：结论和展望5.1 研究成果总结5.2 研究存在的问题和不足5.3 研究的展望和未来发展方向参考文献第一章：绪论1.1 研究背景和意义随着航运市场的不断发展，航运业面临越来越多的挑战，其中之一是如何建立可靠的船舶通信系统，以便进行全球范围内的通信、导航和监控等工作。

在过去的几十年里，卫星通信技术越来越成为海上通信的主要形式。

现代化的船载海事卫星通信系统大大提高了船舶的安全性和工作效率，增强了船员与船方之间、船舶与地面之间的联系，降低了工作风险，提高了航行效率。

然而，由于船舶的特殊性质，船载卫星通信系统需要具备一系列的技术要求，并面临着一系列的技术难题，如如何提高信号接收的稳定性、如何降低信号干扰等。

因此，对于船载海事卫星通信系统的研究和开发具有重要意义。

1.2 国内外研究现状分析目前，在海事卫星通信领域，国内外都取得了一定的进展。

国际海事组织和国内相关机构出台了一系列卫星通信标准和要求，为相关企业和机构提供了技术指导和规范。

船舶卫星通信市场呈现出不断扩大的趋势，相关企业的研究和开发也在不断推进。

在技术上，卫星通信系统的形式也日益丰富多样，如全球星计划、中高轨卫星通信系统、L波段通信等。

对于天线技术来说，四臂螺旋天线作为一种广泛应用于船舶卫星通信系统中的天线形式，具有较好的性能和广阔的应用前景。

ZYX图1（b）印刷四臂螺旋天线设计示意图表1 结构尺寸参数表αβa105.82mm49°49.5°10.5mm1mm天线的仿真结果如下，图2所示为天线的电压驻波比阻抗带宽达到了28%（1.86为了考察天线的辐射特性，设计给天线四个端口进幅馈电。

仿真得到天线2.5GHz三个频点的辐射方向图如图502018.3port4port5port3port2hport12×hZ0Z0Z0Z0Z2Z1R1R2图5 馈电网络结构示意图图6 馈电网络实物照片图7 馈电网络回波损耗和传输系数实测结果0-5-10-15-20-25-30-35-40-45M a g n i t u d e （d B ）1.0 1.52.0 2.53.0 3.54.0Frequency （GHz ）S11S12S13S14S15从图中可以看出深色和浅色的电路分别位于厚度为2×h 的介质两侧，且尺寸一致。

位于介质中间的是金属层将平行带线过渡为两个同结构的反相微带线。

射频信号从port1输入到平行带线，再传输到上下两个反相微带线，最后通过威尔金森功分器传输到其它4个端口，形成一分四且相位差90°的馈电网络。

采用奇偶模法[9]可以得到每一部分的特性阻抗。

输入和输出端的特性阻抗为Z0=50Ω，反相微带线的特性阻抗为Z1=Z0/2=35.35Ω，威尔金森功分、9为馈电网络各项参数实测结果以看出回波损耗小于-10dB 的范围为1.3GHz （1.86～2.5GHz ）；端口1到其它端口的传-6.6dB 左右，波动小于0.3dB 。

从图在工作频率范围内端口2与其它3个输出端口的隔离度均大）分别展示了该天线在1.86GHz 的实测辐射方向图。

可以看出该天线在工作频带内具有良好的宽波束特性，半功率波瓣宽度均大于由于馈电网络的引入，馈电网络的不对称性致使方向图产生同时馈电网络非理想的相位差导致了交叉极化隔离图10 实物测试图90 -60 -30 0 30 60 LHCP RHCPθ（deg ）φ=0°。

一种小型高精度四臂螺旋天线的设计张华福;李晓鹏;黄建忠;张照良【摘要】本文通过设计研究以空气作为介质,四轴对称,耦合辐射臂加载底部耦合主辐射臂的四臂螺旋天线,经过计算仿真,结果表明,这种耦合方式在一定程度上扩展了天线的阻抗带宽,使得天线获得了很宽的频带,在L1频段具有150MHz的带宽,使得天线能实现GPS:L1,GLONASS:L1,北斗:B1和Galileo:L1多星座卫星的接收,同时,这种天线有较宽的轴比带宽,实现了天线良好的圆极化性能和较强的抑制多路径效应的能力,并且有较高的增益.这种天线体积小,重量轻,易安装,为高精度无人机行业提供重要的研究价值.【期刊名称】《电子世界》【年(卷),期】2016(000)012【总页数】2页(P101,103)【关键词】四臂螺旋;宽频带;高精度;无人机;轴比;天线【作者】张华福;李晓鹏;黄建忠;张照良【作者单位】广州中海达卫星导航技术股份有限公司;广州中海达卫星导航技术股份有限公司;广州中海达卫星导航技术股份有限公司;广州中海达卫星导航技术股份有限公司【正文语种】中文全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）具有全时空、全天候、高精度、连续实时地提供导航、定位和授时的特点，因此在经济发展、科学研究、灾害防控以及军事领域起着越来越重要的作用［1， 2， 3］。

近年来，高精度无人机和手持高精度移动测量设备发展越来越快，而这些设备需要带宽宽，精度高，搜星能力强的天线来实现高精度测量的功能。

而传统的贴片微带天线由于体积大，质量重，使用安装复杂，很难满足移动高精度测量设备的需求。

然而，螺旋天线具有易加工，性能好的优点，越来越受到关注，kiglgas最先分析了螺旋天线的性能［4］。

但是传统的螺旋天线是由铜线或者其他金属绕制而成的。

加工工艺复杂，带宽很窄，天线的性能不能保证，而且一致性差［5， 6， 7］。

基于上述考虑，本文提出一款新型空气作为介质，四轴对称，耦合辐射臂加载底部耦合主辐射臂的四臂螺旋天线的设计，能满足GPS：L1，GLONASS：L1，北斗：B1和Galileo：L1多星座卫星的接收，并且具有较宽的增益带宽和轴比带宽，有较大的抗多路径能力，为高精度无人机行业和手持高精度移动测量行业的发展具有重大意义。

多频段卫星导航系统中的印制四臂螺旋天线全球卫星导航系统(GNSS)在社会的各个方面有着及其广泛的应用。

较单一的卫星导航系统而言,多模导航具有覆盖范围更广,导航精度更高,运行更为稳定性等优点,这使得多模导航成为未来卫星导航发展大趋势。

而天线作为卫星导航系统的重要组成部分,其性能好坏对导航系统的性能有较大的影响。

因此研究多模卫星导航天线就有重要的意义。

本文对四臂螺旋天线的发展历程与发展方向进行了综述,对目前运行和发展的卫星导航系统进行了介绍,在此基础上进一步的研究了多星座导航的原理,并对多星座导航对天线的要求进行了总结。

分析了四臂螺旋天线的结构和工作原理,并提出了一款双频带四臂螺旋天线,该天线采用空气加载,能运用于船载、车载等环境中使用。

论文的研究成果有以下几点：对四臂螺旋天线的小型化的解决方法进行了研究,接着对四臂螺旋天线的多频带与宽频带工作,以及馈电方式等问题进行了研究。

对多星座卫星导航对接收机天线的一般要求进行了归纳和总结,在此基础上提出了一种双频带工作的四臂螺旋天线的结构,同时设计了一款微带形式的宽频带工作的馈电网络。

设计了一种尺寸为：25mmx140mm,印制在厚度为0.5mm聚四氟乙烯板上的四臂螺旋天线,它能兼容接收GPS、GALILEO和BD2(“北斗2”)卫星的导航信号,天线具有双频工作的特性,该天线在底部进行馈电,馈电网络采用了缝隙耦合移相功分器、wilkinson功分器和schiffman移相器组合而成,并以微带形式设计实现,馈电网络板的半径为60mm,置于四臂天线下方,天线整体紧凑,便于加工。

从给出的仿真结果和测试数据来看,该天线阻抗带宽(VSWR<2)达到57%以上,在整个工作频段内天线增益高于-5dB,满足多频段卫星导航系统的要求。

同主题文章[1].徐琰,汪智萍. 圆锥螺旋天线的设计和仿真' [J]. 制导与引信.2004.(03)[2].高建平. 螺旋天线几何尺寸的优化设计' [J]. 沈阳航空工业学院学报. 2003.(03)[3].李融林，俞集辉，江泽佳. 计算曲线天线电流分布的一种新途径─参数形式下的B样条有限元法──Ⅱ：应用实例─多臂螺旋天线的电流分布' [J]. 电波科学学报. 1996.(02)[4].周晓明,赖声礼. 自然操作方式下螺旋天线手机电磁辐射的数值模拟' [J]. 微波学报. 2004.(02)[5].林敏,杨水根,龚铮权. 一种新型螺旋天线的设计' [J]. 电子工程师. 2000.(03)[6].林敏,杨水根,龚铮权. 新型谐振式螺旋天线的设计' [J]. 无线通信技术. 2000.(02)[7].钱小虎,董天临. 细螺旋天线的近场分析' [J]. 安全与电磁兼容. 2004.(06)[8].马学坤. 高效小型螺旋天线的设计' [J]. 成都师范高等专科学校学报. 2000.(02)[9].董楠,程受浩,刘华,徐德华. 超宽带螺旋天线的仿真设计' [J]. 制导与引信. 2005.(02)[10].周晓明,赖声礼,倪新蕾. 螺旋天线手机与30°人头模型系统的数值模拟' [J]. 电波科学学报. 2004.(03)【关键词相关文档搜索】：信息与通信工程; 多频段; 卫星导航; 双频带四臂螺旋天线; 圆极化; 宽带馈电网络【作者相关信息搜索】：大连海事大学;信息与通信工程;房少军;杨一民;。

RFID小型圆极化四臂螺旋天线的设计近年来射频识别（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。

（短波天线的制作方法）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。

紧凑型印刷四臂螺旋天线的设计
沈亮;钟顺时;许赛卿
【期刊名称】《火力与指挥控制》
【年(卷),期】2011(036)001
【摘要】采用了一种新的设计来减小传统谐振式四臂螺旋天线的尺寸.其馈电单元的面积比传统四臂螺旋天线的尺寸缩小了50%左右,而且不需要隔离电阻,给出了这种天线的设计方法,采用有限元(FEM)方法分析了对螺旋参数的影响,同时给出了仿真及测试结果,实测的圆极化轴比3dB波束宽度达到了171°.计算结果和测试数据比较吻合,证明了此设计的有效性.
【总页数】3页(P157-159)
【作者】沈亮;钟顺时;许赛卿
【作者单位】上海大学通信与信息工程学院,上海,200072;洪都航空工业集团,南昌,330000;上海大学通信与信息工程学院,上海,200072;正原电器股份有限公司,浙江,嘉兴,314003
【正文语种】中文
【中图分类】TN822.4
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