超寬帶螺旋天線小型化研究.pdf

1、由于平面等角螺旋天線和阿基米德螺旋天線具有超寬帶、低剖面和圓極化等特性，是目前其它寬頻帶天線難以替代的，因此成為反輻射導(dǎo)引頭、電子偵察等電子對(duì)抗設(shè)備中超寬帶天線的主要形式。導(dǎo)引頭天線是反輻射導(dǎo)彈中的一個(gè)重要部件，隨著反輻射導(dǎo)彈的發(fā)展，導(dǎo)引頭天線經(jīng)歷了從窄頻帶到寬頻帶再到超寬帶的發(fā)展過程，而反輻射導(dǎo)彈的速度越來越快、射程越來越遠(yuǎn)、體積（彈徑）越來越小，而射程遠(yuǎn)、速度快、體積小、RCS小、超寬帶是未來反輻射導(dǎo)彈的發(fā)展趨勢。在反輻射導(dǎo)引頭天線

2、的設(shè)計(jì)中，寬帶化、小型化是目前的發(fā)展方向，尤其是在天線口徑不變的前提下，向頻帶的低端擴(kuò)展是天線設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文以設(shè)計(jì)未來反輻射導(dǎo)彈導(dǎo)引頭天線新形式為研究背景，以研究工作在0.8～4.0GHz頻段的超寬帶螺旋天線小型化方法為目的，通過理論分析、設(shè)計(jì)仿真和實(shí)驗(yàn)的手段，得出實(shí)現(xiàn)超寬帶螺旋天線小型化的新途徑和新方法。
　　本文采用時(shí)域有限差分(FDTD)法對(duì)超寬帶平面螺旋天線進(jìn)行數(shù)值分析，針對(duì)平面螺旋天線具有復(fù)雜曲線邊界的特點(diǎn)，提出

3、了D-FDTD共形網(wǎng)格技術(shù)與阻性間隙激勵(lì)源技術(shù)相結(jié)合的方法，降低了采用階梯近似法模擬曲線邊界帶來的計(jì)算誤差，減少了仿真計(jì)算的時(shí)間，從而提高了對(duì)平面螺旋天線仿真計(jì)算的精度和速度；并對(duì)有介質(zhì)板的情況進(jìn)行了計(jì)算，得出了有限尺寸介質(zhì)基板對(duì)天線性能的影響；利用FDTD算法在時(shí)域計(jì)算的優(yōu)勢，分析了螺旋天線的時(shí)域特性，為螺旋天線在瞬態(tài)場條件下的應(yīng)用提供了參考依據(jù)。
　　工作在寬頻帶的平面等角螺旋天線和阿基米德螺旋天線多為雙臂平衡結(jié)構(gòu)，當(dāng)采用同軸

4、線饋電時(shí)，就需要寬頻帶天線巴倫。本文在分析超寬帶匹配原理的基礎(chǔ)上，提出了一種超寬帶雙面微帶線巴倫的小型化方法，設(shè)計(jì)了一種可用于雙臂超寬帶螺旋天線饋電的低剖面巴倫結(jié)構(gòu)，仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有較好的吻合，并把這種巴倫應(yīng)用于本文所研究的天線中。又設(shè)計(jì)了一種共面波導(dǎo)-共面帶狀線(Couplanar Waveguide-Couplanar Stripline，簡稱CPW-CPS)巴倫，提出了指數(shù)漸變形式的阻抗變換電路，這種巴倫有非常好的寬帶特性和小型化

5、特性，仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種巴倫也可以用于雙臂超寬帶螺旋天線的饋電。
　　本文提出了一種始端為等角螺旋線、終端為阿基米德螺旋線的復(fù)合結(jié)構(gòu)螺旋天線，增加了天線低頻時(shí)的有效電長度，與相應(yīng)頻帶寬度的阿基米德螺旋天線和等角螺旋天線的相比，口面面積分別減少15.4％和46%；還提出了一種天線臂為方波型曲折線形式的阿基米德螺旋天線，以延長天線臂的有效電長度，改善了天線的低頻特性，從而達(dá)到小型化的目的，為了不影響天線的高頻特性，在天線臂的終端

6、采用曲折臂，始端與經(jīng)典阿基米德螺旋天線相同，與相應(yīng)頻帶寬度的阿基米德螺旋天線相比，口面面積減少27%；設(shè)計(jì)了一種具有空腔介質(zhì)結(jié)構(gòu)的微帶阿基米德螺旋天線，有效減小了天線的厚度，提高了頻帶內(nèi)的天線增益；本文還提出了一種終端加載慢波結(jié)構(gòu)的阿基米德螺旋天線，增加了天線低頻時(shí)的有效電長度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種方式可以拓寬低頻端的頻帶寬度。
　　隨著高性能、低功耗的微電子機(jī)械(Micro-Electro-Mechanical Systems，簡

7、稱 MEMS)開關(guān)技術(shù)的發(fā)展，使可重構(gòu)天線的研究得以進(jìn)一步深入。本文通過仿真的方法，詳細(xì)分析了MEMS開關(guān)在微帶電路中電磁特性，設(shè)計(jì)了一種極化可重構(gòu)阿基米德方形螺旋天線，這種天線可以在一定方法的控制下，進(jìn)行左旋圓極化和右旋圓極化兩種極化方式間的切換，并提出了末端采用方波型曲折臂的方式來改善天線軸比特性的方法，仿真結(jié)果表明這種方法是可行的。
　　本文以阿基米德螺旋天線和等角螺旋天線為基礎(chǔ)，研究它們的改進(jìn)形式，在保證天線主要性能不變甚