摘 要

天线是广播电视、无线通信、导航等工程系统中辐射或接收无线电波的部件。概括性的来说，天线的作用就是将发射机传来的高频率电流（或者导波）变换成无线电波的形式并且传送到了空间上，反之将空间里的无线电波转换成了接收机能够传送的高频电流，一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。因此天线其实就导波和辐射波的变换装置，即能量转换器件。它是无线通信系统中十分重要的一环，天线的性能将直接影响到整个系统的工作质量。

本文研究和设计一种小型平面螺旋天线，该天线基于巴伦馈电的方法，实现了不平衡馈电到平衡馈电的转换。同时具有很宽的频带，在频段0.1GHZ-10GHZ内，并且使得整个频段内的反射损耗小于-15dB。为了减少天线尺寸，本次设计采用一种复杂变形的平面螺旋天线。平面螺旋天线属于非频变天线系列，是一种比较普遍的超宽带天线，这种天线能够在很宽的频带内具有良好的阻抗特性，使得天线系统对于发射机来说是阻抗匹配的，这样就能让天线系统中的天线电缆部分辐射效率最高。本次设计天线具有的方向图特性，能够部分地减弱本地电台信号的影响以及圆极化特性这些优点在电子对抗、卫星通信、定向探测等诸多领域都有广泛的应用。这使得本次设计有着重要意义。

关键词：平面螺旋天线、小型化、圆极化、巴伦

Abstract

Antenna is broadcast television, wireless communications, navigation and other projects radiation or receive radio waves of components in the system.General speaking, the role of the antenna is the transmitter of the high frequency current (or guided wave) into the form of radio waves and transmitted on the space, and the space are capable of transmitting radio waves transformed into receiver in the high frequency current, generally antenna are reversible, i.e. the same antennas can be used as a transmitting antenna, also can be used as a receiving antenna.The same as the basic characteristic of transmitting or receiving antenna parameters are the same.Therefore antenna are guided wave and radiation wave transformation device, namely energy conversion device.It is a very important part of the wireless communication system, the performance of the antenna will directly affect the quality of the work of the whole system.

In this paper, we study and design of a small plane spiral antenna, the antenna is based on balance feeding method, achieve the equilibrium of the unbalanced feed to feed conversion.With wide band at the same time, in the 0.1GHZ frequency band 10GHZ, and makes the whole spectrum of reflection loss less than 15 db.In order to reduce the antenna size, this design USES the deformation of a complex plane spiral antenna.Belongs to the planar spiral antenna frequency antenna series, is a kind of common ultra-wideband antenna, the antenna can be within the wide band with good impedance characteristics of the antenna system for the transmitter is the matching of impedance, so it can make the antenna cable portion of antenna system radiation efficiency is highest.The antenna with the design of the pattern, the influence of the local radio station signals can be partially reduced and circular polarization characteristics of these advantages in electronic countermeasure, satellite communications, directional detection, and many other fields have a wide range of applications.This makes the design has important significance.

Keywords:planar spiral antenna, miniaturization, circular polarization, Balun

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2平面螺旋天线的发展概况 2

1.3平面螺旋天线的国内外研究现状 2

第2章 平面螺旋天线理论 3

2.1天线的理论参数 3

2.1.1方向特性 3

2.1.2 阻抗特性 4

2.1.3带宽特性 5

2.1.4极化特性 6

2.2 非频变天线 6

2.3等角螺旋天线 6

2.4 阿基米德螺旋天线 7

2.5巴伦 8

第3章 平面螺旋天线设计 9

3.1引言 9

3.2设计目的及要求 9

3.3天线设计方案的拟定 9

3.4巴伦结构的设计 11

第4章 仿真过程及结果分析 14

4.1仿真软件 14

4.2对天线结构的建模 15

4.2.1设置求解类型 15

4.2.2设置相关参数和螺旋天线曲线方程 16

4.2.3设置相应得馈电条件 18

4.2.4设置求解参数并进行仿真 18

第5章 总结 22

参考文献 23

致谢 24

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

天线，在如今这个时代已经成为了一个极其重要的角色，它不仅仅只是一个在通信系统中必不可少的元器件，在这个系统中各个领域之间的进行能量转换的同时，它承担了至关重要的工作。通过天线我们能够实现一种能量的两种形式转换，分别是导波形式和空间的电磁场形式。随着科学的不断进步以及时代的需求提升，我们对电磁波以及天线的使用已经遍布了各个领域，无论是在生活上的电视电话等基本的家具设备，还是到车载导航、工业探测、卫星基站等等，因为技术上的重大突破，在这些领域的应用都为人类的生活带来了极大的改变。很多发达国家如今已经在这项学科上有了完整的体系，它们在民用、军事、商业上都有极大的用武之地，应用频带已经覆盖到0.5GHZ～40GHZ，在国家发展过程中这门技术的领先将带来诸多方面的绝对话语权。保证天线的正常工作，或者说研制性能更完备的天线，这不仅仅可以影响天线自己本身的工作效率，而且能够带动整个系统的工作收益，提高整个系统的生命力和生命质量。这因为存在这样的原因，现如今我们研制规格更小且性能更佳尤为必要，这项工作的完成将给我们的科技发展带来立竿见影的效果。

极化往往是作为天线的一项性能指标而提到设计要求上来的，按照理论来说明它其实是对轨迹的描述，按照概念来说极化就是指的是天线发出去的电磁波所形成电场的矢量方向，这种变化的电场方向所形成的矢量端点轨迹的形态、趋向、旋转的该变量就称为极化。按照轨迹可以分为直线型，也就是线极化；椭圆型，也就是椭圆极化；还有圆形，即圆极化。同时，又依据旋转的趋向不一样，可以划为左旋和右旋这两种极化的类型。为了保证接收的成功，必须在设计天线时考虑到与电磁波的极化相匹配，也就是左旋电磁波只能被左旋圆极化的天线所接收。换而言之，电磁波如果右旋，那么它只适合于右旋圆极化的天线接收。当某个系统采用的是圆极化天线时，这就意味着各个极化方向的电磁波都能够被这个天线所接收到，而且还能用这样的特性规避天气造成的不良影响。这就是为什么我们生活中在很多通讯要害地段我们要采取圆极化天线的原因。具有圆极化特性的电磁波在很多时侯能够加强无线通信的工作效率。因为当它遇见平面并且遭遇反射的时候，所反射出来的电磁波旋转方向是与入射时的电磁波正好相反的，也就是左旋变成了右旋，反而言之右旋变成了左旋。正是因为具备了这样的特性，导致了具备圆极化特性的电磁波在无线通信整个系统中起到了关键性的作用。这次的设计要求就是要设计出具备圆极化特性的平面螺旋天线，这在实际应用中有着极其重要的意义。