谐振式四臂螺旋天线的设计分析

谐振式四臂螺旋天线的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 分析 谐振式四臂螺旋天线的设计与分析 黄丽玉 2011111184 (北京邮电大学 电子工程学院，北京 100876) 摘要 本文首先介绍四臂螺旋天线结构组成、工作原理～然后针对卫星通信中天线方向图 的圆极化宽波束需求～利用三维电磁仿真软件CST Microwave Studio对该结构进行优化仿真～ 一种四臂螺旋天线的设计和仿真。该天线通过无限巴伦实现平衡馈电～并利用四臂螺旋实现了 自身的结构特点构造了90?自相移结构～获得了较好的圆极化特性～得到了1.5181-2.0073GHz 的频率范围～相对带宽为30.77%～半功率波瓣宽度达到152.6?～具有良好的宽波束特性～对 同类天线的设计和小型化具有一定的参考价值。 关键字 四臂螺旋天线,宽波束,无限巴伦 1 引言 四臂螺旋天线由于具有较宽的圆极化辐射波束，可以在较低的仰角位置上保持较高的增益，通过调节其物理尺寸可以方便地得到不同的辐射方向图，且具有结构紧凑、体积小、重量轻、无需参考地等优点，在GPS、北斗等卫星导航系统中得到了广泛的应用。 [1]Kilgus 于上世纪六七十年代提出了四臂螺旋天线，这种天线是由四根馈电电流幅度相等、相位依次相差90?的螺旋线组成的谐振式辐射结构。幅度相位通过平衡馈电结构来实现，常采用 U型管、λ [2]/4 开槽同轴线，但当工作频段较低时，这些结构尺寸较大，90?相移实现起来较为复杂。文献[3]采用了馈电网络来实现四臂螺旋的 90?相移，但是当工作频段较低时，馈电网络尺寸较大，受到参考地尺寸的严重制约。文献[4]采用在馈电处并联电缆的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ，通过调整电缆长度来实现 90?相移，但由于天线的相移频率和电缆的相移频率不重合，增加了调试的复杂度。 本文天线采用无限巴伦和 90?自相移结构，实现了圆极化宽波束。无限巴伦无需另加馈电结构，利用同轴电缆自身的外皮和内芯电流幅度相等、相位相差 180?的特点，实现四臂的平衡馈电;90?自相移通过调节螺旋线的自身长度来实现，天线尺寸不受限制，结构简单、易实现。这种结构在低频段卫星通信中有很大优势。 2 四臂螺旋天线理论和设计 2.1四臂螺旋天线的理论分析 Kilgus 提出的四臂螺旋天线如图1所示，为谐振型天线。该天线由四根螺旋臂组成，每根螺旋臂 M,/4长度为(M 为整数)，四根螺旋臂馈电端电流相等，相位两两相差 90(分别为 0?，90?，180? 1 和 270?);四个螺旋臂一般绕成 N/4 圈(N,1，2，3…)，非馈电端开路(M 为奇数时)或短路(M 为偶数时)。四臂螺旋天线也可以看作是由两个等幅正交馈电的双臂螺旋天线组成。本文所设计的天线是在顶部馈电，底部短路。 [5]天线的结构参数可由以下(1)式确定 : 2222 (1) LNNLArr,,,(1/)()4,axele00 式中:为螺旋的轴向长度(mm)，为螺旋臂的长度(mm)，为螺旋的半径(mm)，为LrLNaxele0 螺旋的圈数。A=1(M 为奇数时)，A=2(M 为偶数)。 图1 谐振式四臂螺旋天线 设计四臂螺旋天线时，要确定其轴向长度、螺旋半径和螺旋线上升角，从而得到预期的天线增益、方向性和输入阻抗。谐振的 1/4 圈、1/2 圈和 1 圈的四臂螺旋天线在任何轴长和直径下，能够产生心 [3]形方向图。用环-偶极子模型 可以对该天线工作原理进行理论分析。四臂螺旋天线可以看作由两个双臂螺旋天线构成，它们之间旋转 90?且正交馈电。对于一个双臂螺旋天线来说，当天线处于谐振状态时，臂上的电流幅度接近正弦分布，其中最大值位于馈电点和短路点，零点位于螺旋臂中部，若将每条螺旋臂简化成直线和半圆，则得到双臂螺旋的简化模型如图 2 所示。这里选择螺旋中心为原点，轴为 z 轴，顶面和底面上天线臂方向为 y 轴来建立坐标系，显然该模型可进一步简化为如图 3 所示的一个 YZ 平面上的电流环和一个 x 轴上的电偶极子的组合。同样，另一付双臂螺旋天线亦可以等效成另一个环-偶极子组合。根据天线的叠加原理，由于这两组环-偶极子互相垂直且相位差90?，那么在远区得到的是一个宽波束的心型的圆极化方向图。 2 图2 双臂螺旋天线简化模型 图3 双臂螺旋天线环-偶极子模型 2.2 90?自相移结构和平衡馈电结构 四臂螺旋天线的关键问题是实现四臂等幅且依次相差 90?馈电，可以使用移相网络分别给每条臂馈电，但这种结构较复杂且损耗大。另一种方法是采用同轴电缆经轴心在顶部进行馈电，由于同轴电缆内外导体电流反向，因此可实现双臂螺旋的等幅反向馈电，而两个双臂螺旋之间的 90?相移可通过自 [1]相移结构来实现，即两个双臂螺旋的长度有一定差别，其中一个比谐振时的长度稍长，产生一个相对于谐振时有–45?相移的输入阻抗，另一个比谐振时的稍短，产生一个相对于谐振时有，45?相移的输入阻抗，这样，两个双臂螺旋就实现了相位差 90?。为实现同轴电缆到天线臂的平衡馈电，可采用套筒扼流巴伦、缝隙对称巴伦等多种巴伦结构。 本文采用一种结构轻便的无限巴伦，如图 4所示，天线的四臂均用同轴电缆。将同轴电缆 1 的内芯与电缆3 的外皮连接，再将电缆 1 的外皮与电缆 2 的外皮连接，最后将电缆 3 的外皮和电缆 4 的外皮连接。由于同轴电缆外皮和内芯的电流幅度相等、方向相反，所以螺旋四臂上的电流相等。 图4 平衡馈电结构示意图 2.3 天线的结构设计与仿真 本文利用CST STUDIO SUITE 2010对其进行建模和全波仿真模型图如下图5所示。该天线设计每个臂绕一圈，工作在GPS频段，中心频率为1.56G，臂长为20mm，近似一个波长。天线轴长为105mm， 3 螺旋线直径为4mm。天线垂直架设在一个直径120mm的圆形平板中心上方18mm处。该天线为右旋极化天线。 图5 四臂螺旋天线模型 1、 驻波和阻抗特性 如图6所示，天线的小于-10dB的频率范围在1.5181-2.0073GHz之间，相对带宽大约为S11 30.77%。 图6 天线驻波图 2、天线辐射特性的分析 如图7所示天线的极化增益达到4.2dB，半功率波瓣宽度达到152.6?，具有良好的宽波束特性。天线的轴比特性如图8所示，在,80?范围内小于3dB，体现了良好的右旋圆极化特性。 4 图7 Phi=90归一化辐射方向图 图8 天线的轴比特性 该天线的方向图有些微的偏差，原因可能为四个臂的馈电相位差不是很准确，将为下一步本文的研究工作。 4 结论 本文设计了一种宽波束的四臂螺旋天线，运用无限巴伦实现平衡馈电，通过改变螺旋臂的长度实现 90?相移，从而实现圆极化。得到了频率范围在1.5181-2.0073GHz之间，相对带宽大约为30.77%，并且极化增益达到4.2dB，半功率波瓣宽度达到152.6?，具有良好的宽波束特性。仿真表明，天线的轴向长度对方向图的影响较大，保持一定的轴长与直径之比就可实现宽波束方向图。不同的螺旋旋 5 向，可得到不同的圆极化方式。 参考文献 [1] Kilgus C C. Resonant Quadrifilar Helix Antenna [J]. The Microwave Journal,1970:49-54. 21(3):12-15，46. [2] 叶云裳，杨小勇.一种星载 GPS 接收天线[J].中国空间科学技术，2001， [3] Adams A T. The Quadrifilar Helix Antenna[J].IEEE Tran-scations on Antennas and Propagation, 1974, 22 (2):173-178. [4] 王家勇，王昌复，梁旭文，等.低轨道小卫星通信中谐振式四臂螺旋天线的应用研究 [J]. 电子学报，2002，30 (12):1865-1866. [5] Tranquilla J M, Best S R. A study of the quadrifilar helix antenna for globalpositioning systems(GPS) applications [J]. Antennas Propagation, 1990, 38(10): 1545,1550. -------- 欢迎下载资料，下面是附带送个人简历资料用不了的话可以自己编辑删除，谢谢～下面黄颜色背景资料下载后可以编辑删除 X X X 个 人 简 历 个人资料 6 姓 名:xxxx 婚姻状况:未婚 出 生:1987-06-24 政治面貌:团员 性 别:男 民 族:汉 照片 学 位:本科 移动电话: 专 业:英语 电子邮件: 地 址: 教育背景 2006.9-20 吉林工程技术师范学院-----外国语言文学系 10.6 主修课程 大学英语精读，大学英语泛读，英语口语，英语听力，英语写作，英 本科阶段 语口译，翻译学，词汇学，语法学，英美概况，英国文学，美国文学，语主修 言学，日语，中外名胜。 特长及兴趣爱好 除了有专业的英语方面知识外，我在校生活部工作一年, 在系宣传部和秘书处各工作一年。为全面发展，大三上学期，我加入系文学社，参于了我系《心韵》杂志的创刊和编辑工作。在这些活动中锻炼了我的领导和团队协作能力，学会了更好的与人相处，这些在我以后的工作中一定会有很大的帮助。 计算机能力 能熟悉使用Office工具以及Photoshop、Flash等软件。 获国家计算机二级等级资格证书。 外语水平 通过英语专业四级考试，能熟练进行听说读写译。 奖励情况: 7 2007-2008 优秀学生会干部 2008,07 师生合唱比赛一等奖 普通话水平测试等级证书 英语专业四级证书 自我 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 X X X 个 人 简 历 个人资料 姓 名: 婚姻状况:未婚 出 生: 政治面貌:团员 性 别: 民 族:汉 学 位: 移动电话: 专 业: 电子邮件: 地 址: 教育背景 2006.9-2010.6 吉林工程技术师范学院-----外国语言文学系 主修课程 大学英语精读，大学英语泛读，英语口语，英语听力，英语写作，英语口译，翻译学，词汇学，语法学，英美概况，英国文学，美国文学，语言学，日语，中外名胜。 能力及特长 这要写你明你有什么样的能力及经验，最重要就是告诉用人单位，你会 8 做什么, 计算机能力 能熟悉使用Office工具以及Photoshop、Flash等软件。 获国家计算机二级等级资格证书。 外语水平 通过英语专业四级考试，能熟练进行听说读写译。 奖励情况 2007-2008 优秀学生会干部 2008,07 师生合唱比赛一等奖 普通话水平测试等级证书 英语专业四级证书 实习经验(或实践经验或兼职经验) 这里写上你的实习经验或实践经验或兼职经验等信息吧，标题自己起一个贴切的。 自我评价 本人性格开朗、稳重、有活力，待人热情、真诚。工作认真负责，积极主动，能吃苦耐劳。有较强的组织能力、实际动手能力和团体协作精神，能迅速的适应各种环境，并融入其中。我不是最优秀的，但我是最用功的;我不是太显眼，但我很踏实;希望我的努力可以让您满意。 这里不要照抄哦，不会写自我评价的朋友，你可以访问http 这里有很多自我 9 评价范文可以参考。(按住键盘的CTRL键，再用鼠标点链接就可以直接打开网站，不 用复制到浏览器的。)本人性格热情开朗、待人真诚，善于沟通，应变能力较 强。懂得珍惜拥有的一切。 B内张型鼓式制动器 C湿式多片制动器 D浮钳盘式制动器 289.零配件市场上的主要价格形式(ABC) A厂家指导价 B市场零售价 C配件厂价格 290.油漆出险桔皮皱，即表面不光滑，可能的原因( D ) A涂装间通风国强 B稀释剂干燥速度过快 C稀释剂干燥速度过快慢 D一次喷涂过厚 291.汽车的动力性能包括(ACD) A最高车速 B平均车速 C加速时间 D能爬上的最大坡度 292.《车险定损核价运作 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 》规定事故车辆修复费用包括(ABCD) A事故损失部分维修工时 B事故损失部分需更换的配件费 10 C残值 D税费 293.车辆全损或推定全损案件， 在确定损失前，应该了解(ABD)汽车信息 A了解车辆购置时间、价格 B取得车辆的购置发票或其他证明 C了解车辆的购置渠道 D了解车辆的所有人 294.机动车电器故障引起火灾的主要原因有(BC) A电瓶故障 B线路故障 C电器元件故障 D日光聚集 295. 《车险定损核价运作规范》规定对残值处理的原则(AB)B A所有残值归被保险人所有，保险人在维修费中扣除 B事故车辆更换的配件由保险人收回后不计入残值之内 C所有配件必须折旧卖给被保险人 D所有配件必须折旧卖给维修厂或废品收购站 296.从火灾原因调查的角度，汽车火灾的原因分(ABCD) A机械故障类(如发动机过热) B电器类(线路老化短路) C人为类(纵火) D交通事故类(碰撞、倾覆、货物引起) 297.对汽车整车进行测量非常重要的平面(D)? A基本面 11 B中心面 C零平面 D下平面 298.机械配件的基本维修原则(ABCD) A超过配合尺寸，通过加工也无法得到装配技术要求 B变形通过矫正无法保证使用性能和安全技术要求 C断裂无法焊接或焊接后无法保证使用性能和安全技术要求 D转向等涉及到安全的所有发生变形的配件 299.被保险人可依据哪些有效证明作为领取赔款的凭证(A)AC A居民身份证 B有效驾驶本 C户口薄 300..驾驶员未取得驾驶资格包括哪些情况(ABCD)ABC A无驾驶证 B驾驶车辆与准驾车型不符 C公安交关部门规定的其他属于非有效驾驶的情况 D驾驶证丢失 301.车险网上理赔系统录入的要求有哪些(ABCDE) A查勘时间照片最佳大小为60-80k B扫描仪设置方档最佳大小100-150k C索赔申请书应当由当事驾驶员在第一时间亲笔填写 D车损照片的拍摄必须符合《车险定损核价运作规范》的相关规定 E驾驶证，行驶证应尽量在查勘环节第一时间采取原件拍摄 12 判断题 1. 185/65R14，其中R代表Radial:表达轮胎纹络为放射状的又称“子午线”(?) 2. 检查安全气囊系统故障时，必须先拆下蓄电池负极，再使用仪器读出故障代码。(×) 3. 路面附着性能越好，汽车抗热衰退性能越好。() 4. 废气再循环的作用是减少HC、CO和NOX的排放量(×) 5. 机动车辆保险条款(2005版)中,保险车辆发生事故,应当由第三者负责赔偿但确实无法找到第三者的,赔偿处理时实行30%绝对免赔率(×) 6. 受害人无固定收入的，按照其最近二年的平均收入计算;(×) 7. 营运机动车在规定检验期限内经安全技术检验合格的，不再重复进行安全技术检验(?) 8. 本公司与被保险人就赔款金额协商确定并赔偿结案后，受害人又就同一事故向被保险人提出赔偿请求的，本公司可二次追加赔付(×) 9. 维修车辆竣工结帐后,驾驶员驾驶车辆从修理厂开出时与一辆车辆相撞,因碰撞地点还在修理厂内,我司不负赔偿 责任 安全质量包保责任状安全管理目标责任状8安全事故责任追究制幼儿园安全责任状占有损害赔偿请求权 .(×) 10. 机动车辆保险条款(2005版)基本险有四个独立险种(×) 11(用于支付公安交管部门逃逸案件处理费用的特殊案件可视金额参照本机构核赔权限进行审核() 12.四冲程发动机的做工冲程中，曲轴带动活塞从上支点向下至点运动，此时进气门关闭(?) 13.当汽车在一般条件下行使时，应选用双速主减速器中的高速档，而在行使条件较差时，则采用低速档(?) 14.评价汽车制动性的指标制动效能、制动效能的恒定值、制动时的方向稳定性(×) 15.热塑性材料件损伤以修复为主，热固性塑性件损伤需更换(?) 16.投保人对投保标的具有保险利益，不具有保险利益的，保险合同无效(?) 17. 《道路交通安全法实施条例》有关高速公路应当标明车道行使速度，最高120公里\小时，最低70公里\小时(×) 18.暴风指风速28.5米/以上的大风(?) 19.刚性万向节是靠零件的铰链式联结来传递动力的，而挠性万向节则是靠弹性零件来传递动力的(?) 20.查勘案件查勘完毕后，只能点击发送按钮发送案件，不能通过 点击申请核价或申请核损按钮直接到达目的平台(×) 13 21.双片离合器中间压盘的前后，都需设有限位装置(?) 22.各种车身的修复，都不要使用测量工具测量车身尺度(×) 23附加险条款与基本险条款相抵触之处，以附加险为准，未尽之处，以基本险为准(?) 24.保险车辆因路面不平导致两个以上车辆轮胎磨损严重后破裂，轮胎的损失我司不负责赔偿(?) 25.李某于2006年4月1日向我司投保一辆奥迪A6汽车，于同年10月30日于一摩托车发生双方事故，经交警裁定李某为主要责任，对于该事故作为核赔人在审核时首先核对三者方的承保情况。(?) 26.汽车转弯时，转弯半径越大车速越小，附着系数越小，中心位置越高，其操作稳定性越好。(×) 27.应当有交强险赔偿的损失和费用，如交强险未赔付，商业三者险也可赔付(×) 28. 一张照片已能反映出多个部件、部位受损真实情况的不需要单个或重复拍摄，重大配件或价格较贵的配件同样如此，不必单独牌照(×) 29.书面委托代理的授权委托书应当载明代理人的姓名或者名称、代理事项、权限和期间，并由委托人签字或盖章。(?) 30.气缸盖衬垫俗称汽缸床(?) 31.轿车一般采用边梁式车架(×) 32.汽车实际价指投保车辆在保险合同签订地的市场价格(×) 33.四冲程发动机的作功冲程中曲轴带动活塞从上止点向下止点运动，此时，进排气门关闭(?) 34. 公民下落不明满三年的，利害关系人可以向人民法院申请宣告他为失踪(×) 35.在道路上发生交通事故，车辆驾驶人应立即停车，保户现场，因抢救应标明位置(?) 36.保险车辆发生多次事故，累计赔付金额时，保单合同自动终止(×) 37.本公司与被保险人就赔偿金额协商确定并赔偿结案后，受害人又就同一事故向被保险人提出赔偿请求，本公司可以追加赔付(×) 38.车辆停放过程中突然遭受洪水侵袭，紧会造成电器部分及线路损坏，可给予一定的清洁费用(×) 39.本车上的财产损失属于标的商业三者险的理赔范围(×) 40.承保年度单均赔款,(统计期间该承保年度所有保单项下已决赔款，未决赔款)/统计期间该承保年度承保数量 14