阿基米德螺旋天线

宽带平面螺旋天线的研究与设计作者：易礼智来源：《现代电子技术》2008年第11期摘要：平面螺旋宽带天线具有频带较宽、体积较小、圆极化性能较好等特点，应用范围很广。

但是这种天线增益较低，馈电匹配较难实现，尤其是前者，使得其性能大打折扣。

通过研究影响平面螺旋宽带天线增益和馈电匹配的主要因素，设计了2~7 GHz范围内的宽频带平面螺旋天线。

理论分析和仿真实验结果表明，对改善平面螺旋宽带天线的性能有一定的工程参考价值。

关键词：阿基米德螺旋天线；宽频带；圆极化性；巴伦中图分类号：TN82 文献标识码：B文章编号：1004-373X(2008)11-108-Research and Design of Wideband Planar Spiral Antenna(Hunan Engineering Polytechnic College,Changsha,410151,China)Abstract：Planar Archimedean antenna has some advantages as wideband,small volume and good performance in circularly polarizing,so it has broad appliance prosperity.But also it has low gain and is difficult for matching,which reduces its characteristics a lot.The main factor which gain and matching of planar Archimedean antenna is deeply studied,The article designs a wideband planar spiral antenna with frequency from 2~7 GHz.The analysis and simulation experimental results are given to some reference values of engineering for Improving performance in planar Archimedean antenna.Keywords：Archimedean spiral antenna;wideband;circularly polarizing;Cumberland平面螺旋天线是一种宽频带天线，因其频带较宽、尺寸小、重量轻、容易实现圆极化而在超宽带及抗干扰等技术中得以广泛应用。

平面螺旋天线的设计与实现第１９卷增刊电波科学学报Ｖ０１．１９，Ｓｕｐ．２００４年１０月ＣＨＩＮＥｓＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＲＡＤＩＯＳＣＩＥＮＣＥＯｃｔｏｂｅｒ，２００４陈小娟袁乃昌（国防科技大学微波中心，湖南长沙４１００７３）摘要平面阿基米德螺旋天线具有极宽的工作频带，但匹配平衡电路的宽频带实现则较难，尤其是在加反射腔以使其单向辐射时。

在倍频程范围内，仿真并实际制作关键词。

柩幕狰螺旋天线，巴仑，反射腔出了单向辐射的平面螺旋天线，给出了设计参数值，仿真结果及实测结果。

、．————————∥ｔ，１引言使其结构缩比到无限小。

因此对高端频率有所限制。

但是，若用一根平衡馈线从平面螺旋中心馈电，阿基米德螺旋天线［１］是一种宽频带天线，因其那么馈电点附近，由大小相等方向相反的电流产生结构紧凑，尺寸小，重量轻而得以广泛应用。

图１所的辐射场在远区互相抵消，在螺旋的周长接近一个示为一两臂阿基米德螺旋天线，如果两臂等幅反相波长时有最大辐射。

由文献［４］知周长为Ａ的圆环馈电，可在宽频带内获得双向的圆极化辐射，并且在上的行波电流将辐射圆极化波，因此，在周长为一个很宽的频带内天线的输入阻抗不变，在天线平面的波长附近的区域，形成平面螺旋的主要辐射区。

当上方为右旋圆极化，下方为左旋圆极化，在天线背部频率变化时，主要辐射区随之变动，方向图基本不加一反射腔则可得一单向圆极化辐射的天线。

变。

因此，天线具有宽频带工作特性。

对应最低频率天线要有１．２５２。

．。

，对最高频率，由馈电点间隔尺寸决定，其间隔必须小于Ａ旆／４。

为了避免电流在螺旋最外层的边沿上反射，通常在最外层螺旋线的末端端接吸收电阻或吸收材料。

这样螺旋线上是行波电流，它产生的是圆极化波。

如果存在从末端反射回馈电点的电流，它辐射的是反相圆极化波。

平衡馈电的巴仑可放在反射腔图１两臂阿基米德平面螺旋天线内，这样可避免了方向图倾斜并可以用同轴线馈电。

３设计与实现该天线近些年在电子战领域得到广泛的重视‘２］［引，主要原因是其宽频带特性正好满足雷达对工作中选择自互补天线，即天线臂宽与间隔相抗的需求。

用于多模卫星导航信号接收的半球形阿基米德螺旋天线
宋朝晖;张健;刘美佳
【期刊名称】《宇航学报》
【年(卷),期】2010(031)002
【摘要】平面阿基米德螺旋天线具有双向辐射特性,在实现单向辐射时会降低效率.将平面阿基米德螺旋天线共形到局部半球上可以得到一种新型结构的半球形阿基米德螺旋天线,分析了这种天线的结构特点,进行了仿真与实验,研究结果表明,在覆盖多模卫星导航信号工作频率的1.1-1.7 GHz频段内,反射损耗小于-10 dB,增益大于3.9 dB,前后比大于3.6 dB,相位中心稳定度小于2 mm,可满足宽频带圆极化多模卫星导航共用接收天线的设计要求.
【总页数】6页(P391-396)
【作者】宋朝晖;张健;刘美佳
【作者单位】哈尔滨工业大学电子与信息工程学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学电子与信息工程学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学电子与信息工程学院,哈尔滨,150001
【正文语种】中文
【中图分类】TN82
【相关文献】
1.一种用于超高频电磁信号检测的单臂阿基米德螺旋天线的设计 [J], 喇元;吴俊锋;欧小波
2.缝隙阿基米德螺旋天线及其小型化设计 [J], 周扬;黄敬健;张晓发;袁乃昌
3.正弦函数加载阿基米德螺旋天线的设计 [J], 徐海鹏;申强强;承浩宇
4.三频光子带隙陶瓷阿基米德螺旋天线设计 [J], 林斌
5.GIS局部放电检测用阿基米德螺旋天线设计研究 [J], 李宾宾;刘成;田宇;苏洋;罗沙;郑浩
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机械工程中的阿基米德螺线探析阿基米德螺线广泛隐藏于自然界里，葡萄等藤茎植物的触须就是借鉴阿基米德螺线结构的柔韧性，使其紧紧缠绕物体，在恶劣环境中生长；动物世界中的蟒蛇盘绕起来形成的螺线，起到更好的防卫和攻击的作用，在生物微观细胞中，起遗传作用脱氧核糖核酸（DNA）就是规则的螺旋结构，利于节约空间，储存信息；机械仪表中钟表上的发条工作原理也离不开阿基米德螺线。

阿基米德螺线最先运用于灌溉技术，古代埃及人利用尼罗河水灌溉农田，由于河床低，农田地势高，只能用水桶提水灌溉，这样非常浪费劳力体力，于是阿基米德利用阿基米德螺线发明了螺杆，创造了“水往高处流”的奇迹，因此螺杆也是阿基米德螺旋提水器的最初原型。

由于先人不断研究改进，现在其已广泛运用于水利灌溉，机械动力，军事通信等领域。

随着科技快速发展，阿基米德螺线应用与生活实际也愈加紧凑，在此，有必要对其进行更深层的系统研究，现就其基本应用展开探讨，希望阿基米德螺线能不断开拓创新。

1 阿基米德基本简介阿基米德螺线，是一种具有特殊性质的螺旋线，假设点A 从O 点开始以匀速沿着OA 直线方向运动的同时，又以固定的转角速度绕点O 螺旋转动，俯视而看，点A 的轨迹为螺旋状，这种螺线被命名为“阿基米德螺线”,因为远动过程中是匀速运动，因此也可定义为“等速螺线”.如图1 所示。

阿基米德螺线在平面极坐标中的曲线方程：r（θ）= a + b（θ）其中：b 为螺旋系数，单位为mm/°，代表曲线每变化1° 时，曲线直径的变化量；θ为转角，单位为度，代表曲线转过的度数总和；a 为当θ= 0°时的极径，单位为mm.改变数值a 将改变螺线结构，b 是用来控制两相邻螺线间距的常量。

方程有两条不同方向螺线，分别被θ>0 和θ<0 分割，且在极点平稳光滑连接。

如果把其中一条翻转90° /270°，将会得到其对称曲线，这就是另一条螺线。

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。

图1 图23 螺旋天线的分类及特性螺旋天线可分为立体螺旋天线(helical antenna)和平面螺旋天线（spiral antenna）。

立体螺旋天线根据绕成的形状的不同，又可分成圆柱形螺旋天线、圆锥形螺旋天线等等。

圆锥形螺旋天线又称为盘旋螺线型天线，可同时在两个频率工作。

阿基米德螺线极坐标方程阿基米德螺线是由古希腊数学家阿基米德发现的一种特殊曲线，它的极坐标方程为r=a+ bθ，其中a和b为常数。

这条曲线的特点是在极坐标系中，它的半径随着角度的增加而线性增加。

阿基米德螺线的发现对数学和物理学的发展产生了重要影响。

它不仅在几何学中有广泛应用，还在物理学中有着重要的地位。

在几何学中，阿基米德螺线被用来描述一些特殊的曲线形状，如螺旋形状的物体。

在物理学中，阿基米德螺线被用来描述一些自然现象，如螺旋形状的电磁场。

阿基米德螺线的极坐标方程r=a+ bθ中，a决定了螺线的起始半径，b决定了螺线的密度。

当b为正数时，螺线的半径随着角度的增加而增加；当b为负数时，螺线的半径随着角度的增加而减小。

这种线性增加或减小的特性使得阿基米德螺线在很多领域中有着广泛的应用。

阿基米德螺线的应用可以追溯到古代。

在古代，人们利用阿基米德螺线的特性来设计和制造一些机械装置，如螺旋形的水泵和螺旋形的螺丝。

这些装置的设计和制造都依赖于阿基米德螺线的特性，使得它们能够更加高效地工作。

在现代科学中，阿基米德螺线的应用更加广泛。

在物理学中，阿基米德螺线被用来描述一些自然现象，如螺旋形状的电磁场。

在数学中，阿基米德螺线被用来研究曲线的性质和特点。

在工程学中，阿基米德螺线被用来设计和制造一些机械装置，如螺旋形的输送带和螺旋形的搅拌器。

总之，阿基米德螺线是一种特殊的曲线，它的极坐标方程为r=a+bθ。

这条曲线的特点是在极坐标系中，它的半径随着角度的增加而线性增加。

阿基米德螺线的发现对数学和物理学的发展产生了重要影响，它在几何学、物理学和工程学中都有着广泛的应用。

通过研究和应用阿基米德螺线，我们可以更好地理解和利用自然界中的螺旋形状。

平面螺旋天线的设计与实现Ξ陈小娟,袁乃昌ΞΞ(国防科技大学微波中心,湖南长沙410073)摘　要:平面阿基米德螺旋天线具有极宽的工作频带,然而其匹配平衡电路的宽频带实现则较难,尤其是在加反射腔以使其单向辐射时。

在4～6GH z 范围内仿真并实际制作出了用于某S 波段雷达系统单向辐射的平面螺旋天线,给出了设计参数值、仿真结果及实测结果。

关键词:阿基米德螺旋天线;宽频带;巴仑;反射腔中图分类号:T N823.31　文献标识码:A 文章编号:100920401(2004)0420031203Design and im plementment of a planar spiral antennaCHEN Xiao 2juan ,YUAN Nai 2chang(Microwave center ,National Univer sity o f Defense Technology ,Changsha 410073,China )Abstract :Planar Archimedean antenna can w ork in a very wide band ,while the wideband matching netw ork is difficult to be im plemented ,especially in adding a reflecting cavity to get a unidirectional radiation.In this article a unidirectional radiating spiral antenna is m odeled on HFSS between 4GH z and 6GH z and then is made to w ork in an S 2band radar system ,and the design parameters ,simulation results and on 2the 2spot test are als o given.K ey w ords :Archimedean antenna ;wideband ;balun ;reflecting cavity1　引　言阿基米德螺旋天线[1]是一种宽频带天线,因其结构紧凑、尺寸小、重量轻而得以广泛应用。

缝隙阿基米德螺旋天线及其小型化设计
周扬;黄敬健;张晓发;袁乃昌
【期刊名称】《电子设计工程》
【年(卷),期】2013(21)20
【摘要】介绍了缝隙形式的平面阿基米德螺旋天线并与普通平面阿基米德螺旋天线进行了对比.在此基础上提出了一种将缝隙设计成曲折线的形式,末端采用电阻加载,采用直接同轴馈电的方式,浅背腔的设计,从而达到将平面螺旋天线小型化的目的.制作的小型化天线直径大小只有75 mm厚度12 mm,在0.9～4 GHz的频带范围内有良好的阻抗特性和增益特性,满足工程使用的要求.
【总页数】3页(P111-113)
【作者】周扬;黄敬健;张晓发;袁乃昌
【作者单位】国防科学技术大学电子科学与工程学院,湖南长沙410073;国防科学技术大学电子科学与工程学院,湖南长沙410073;国防科学技术大学电子科学与工程学院,湖南长沙410073;国防科学技术大学电子科学与工程学院,湖南长沙410073
【正文语种】中文
【中图分类】TN823.31
【相关文献】
1.一种星载平面螺旋天线的小型化设计方法 [J], 何志国;徐风清;崔景波
2.超宽带螺旋天线的小型化设计 [J], 李秋玲;徐国兵
3.新型宽带螺旋天线的小型化设计 [J], 靖娜坤;赵惠玲;黄磊
4.室内蜂窝用曲折臂阿基米德缝隙螺旋天线设计 [J], 梁建刚;王亚伟;杨自牧
5.基于多目标算法的螺旋天线小型化设计 [J], 邱大为;田雨波;楼群;项永华;吴素云因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

平面阿基米德螺旋天线的矩量法分析
杨放;郭陈江;朱晓娟
【期刊名称】《西安建筑科技大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2004(036)003
【摘要】在推广的海伦积分方程的基础上对方程进行了化简,得到了Nakano方程,用矩量法将方程化为矩阵方程,给出了广义阻抗矩阵,电压矩阵的表达式.并以平面阿基米德螺旋天线为例,计算了天线上的电流分布和辐射特性,验证了天线的频率无关特性.此方法解决了任意形状的线天线的分析问题.
【总页数】4页(P356-359)
【作者】杨放;郭陈江;朱晓娟
【作者单位】西北工业大学电子工程系,陕西,西安,710072;西安建筑科技大学信控学院,陕西,西安,710055;西北工业大学电子工程系,陕西,西安,710072;西安建筑科技大学信控学院,陕西,西安,710055
【正文语种】中文
【中图分类】TU375
【相关文献】
1.平面波展开结合矩量法分析频率选择表面 [J], 杨卓;薛正辉;李伟明
2.曲线分段的矩量法分析阿基米德平面螺旋天线 [J], 唐璞;王建;王超然;聂在平
3.基于小波矩量法的轴向螺旋天线分析 [J], 刘建霞;梁建伟;孔维齐
4.双臂微带螺旋天线的矩量法分析 [J], 袁正宇;鄢泽洪;魏文元;张晓苗
5.双臂圆锥对数螺旋天线的矩量法分析 [J], 杨放;郭陈江;朱晓娟;许家栋
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