球面螺旋天线的研究和设计

摘要

在军事卫星通信系统中，由于电场的极化特性在电离层中会产生偏转，所以需要使用圆极化天线，特别是体积小、质量轻、宽波束的圆极化天线。目前，在这些通信系统中通常采用的是圆柱面螺旋天线和微带天线，但是它们都存在很大的缺点：柱螺旋天线轴向辐射时，波瓣宽度和带宽都比较窄，并且实现圆极化需要较多的圈数，这会增大天线的体积；微带天线是谐振式天线，其带宽受到很大的限制，仅能在较窄的频带内实现圆极化。而球面螺旋天线具有轴向辐射、圆极化、波瓣宽的优点，因此在卫星通信和全球定位系统中具有广阔的应用前景。
　　 本文利用商业仿真软件Ansoft HFSS和FEK0对球面螺旋天线进行了大量的仿真分析，在此基础之上指出球面螺旋天线也有法向模、轴向模和圆锥模三种辐射模式，并详细讨论了球面螺旋天线的辐射模式和柱面螺旋天线辐射模式之间的关系。此外，球面螺旋天线的辐射性质，在本文中也有较为深入的分析。
　　 最后本文详细介绍了一种工作在1～6GHz频段范围内的新型双臂半球面螺旋天线的设计过程。该天线在工作频段内反射系数小于-10dB，并且在轴向方向辐射圆极化波。