新型谐振式螺旋天线的设计原理简介

尽管减少螺旋的直径与高度之比能使波束变宽，但它对θ面和Ф面方向图的影响不同，因而轴比小于3dB的波束仍然不宽，并且还会出现主瓣分裂现象。为了达到展宽波束的目的，我们在天线的下面附加一块长和宽均在1.25λ左右的金属反射板，这使得天线的最大辐射方向发生偏移，而在轴线方向出现一个凹坑。调节金属板与螺旋中心的距离h，凹坑的深度和方向图的半功率宽度均随着改变。当h =λ/4时，波束达到最宽，其值大大超过了没有金属板时的情况，并且轴比亦得到改善。

3.结构

为了保证天线的电气性能指

标和可靠性，我们采用了不同于四臂螺旋天线的结构。在天线的顶部有一个塑料圆盘，起到固定螺旋臂和减少两根垂直馈电电缆相互耦合的作用;天线的底部有一个金属安装盒，以便把八根螺杆焊接在一起。塑料圆盘、金属安装盒和底面反射板则通过一根高强度的不锈钢圆杆固定在一起。

四、 实验结果

我们按照上面的思路设计了一个八臂螺旋天线，它的具体参数如下：

螺旋臂长度：λC/2

螺旋高：0.27λC

螺旋直径：0.146λC

螺旋臂直径：0.006λC

螺旋臂旋转度数：180°

螺旋中心距底板距离：λC/4

其中λC表示中心频率对应的波长。最后得到该天线的实测结果如图 3、图 4所示。图 3(a)中的曲线1表示在HP8510B矢量网络分析仪上测得的四臂螺旋天线的驻波比特性曲线，为了便于比较，在同样条件下测得的八臂螺旋天线驻波比由曲线2给出，可见八臂螺旋能明显地展宽天线的频带;图 3(b)表示在相同的仪器上测得的史密斯阻抗圆图。此处我们根据要求将天线的频带设计在14%，而事实上可以做得更宽。图 4(a)和(b)分别为工作频率取0.93fc和1.07fc(即图 3(a)中的标记2和3)时，由频谱仪测出的远区辐射方向图，它们的半功率宽度分别达到140°以及145°左右，这么宽的波束是其它形式的天线很难达到的。

图 3　八臂螺旋天线的驻波比曲线和阻抗曲线

图 4　八臂螺旋天线的实测功率方向图

五、 结束语

谐振式八臂螺旋天线除了工作频带宽，在很宽的波束范围内圆极化性能好的特点之外，还具有以下优点：

(1) 天线的损耗小;

(2) 方向图的旋转对称性好;

(3) 天线之间的互耦小;

(4) 适当地选择参数，很容易获得双频工作特性。

这些特点使得这种新型天线既能单独应用，从而为GPS和卫星移动通信解决了一个技术难点，又非常适合于作为辐射单元来构成能真正实现宽角扫描的相控阵天线。因此我们认为这种八臂螺旋天线有着广阔的应用前景。