螺旋天线设计

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这个例子研究了在[2]中设计的螺旋天线的方向性。螺旋形天线于1947年推出[1]。从那时起，它们已被广泛应用于某些应用，如移动和卫星通信。螺旋天线通常用于轴向工作模式，当螺旋的周长与工作波长相当时发生。在这种模式下，螺旋天线沿其轴线具有最大方向性并辐射圆极化波。

螺旋设计规格

螺旋天线设计规范如下([2]):

频率范围:1.3 - 2ghz
增益:13 dBi +/- 1.5 dBi
轴向比：<1.5

模型假设与差异

与Ref.[2]相比，工具箱中提供的螺旋天线模型使用了以下简化假设:

导体 - 原始参考使用半径r圆筒，而工具箱使用宽度w。
接地面形状-在原始参考中使用正方形接地面，而现在的工具箱模型使用圆形。
宽度的饲料-饲料的宽度在[2]是r/10，而工具箱模型使用w。
设计验证度量 - ref。[2]使用增益来比较模拟和测量结果，而在工具箱中，我们将使用直接算算，因为模拟天线具有忽略的小损失。

螺旋设计参数

工具箱中的螺旋模型使用带材近似，它将带材的宽度与等效圆柱体[3]的半径联系起来。此外，工具箱中的螺旋模型具有圆形地平面。接地平面的半径选择为正方形接地平面边长的一半。

r = 0.3 e - 3;宽度= cylinder2strip (r);feedheight = 3 * r;D = 56 e - 3;半径= D / 2;把= 17.5;距= 11.2;间隔= helixpitch2spacing(音高、半径);= 600 e - 3;radiusGP =边/ 2;

操作频率和带宽

中央频率选择为1.65 GHz。选择45％的相对带宽，其提供足够的灵活性，因为工作频率限制导致相对带宽为42.5％。相对带宽计算为，

$B W_{r e l 一个 t 我 v e} ＝（ f_{u p p e r} - f_{l o w e r} ） / f_{c}$

fc = 1.65 e9;relativeBW = 0.45;BW = relativeBW *俱乐部;

创建螺旋天线

使用以下性能创建螺旋天线，如之前计算的，查看结构。

hx =螺旋('半径'半径,'宽度'、宽度、'转弯',,．..'间距'，间距，“GroundPlaneRadius”radiusGP,．..'feedstubheight'，feedheight）;图;显示（HX）;

图中包含一个轴对象。标题为螺旋天线元素的轴对象包含4个类型为patch、surface的对象。这些对象代表PEC、feed。

模式行为

绘制中心频率为1.65 GHz螺旋天线的方向性辐射图。这个图形证实了螺旋天线的轴向工作模式。

图;模式(hx、fc);

图中包含一个轴对象和其他uicontrol类型的对象。axis对象包含4个类型为patch, surface的对象。

为了计算主波束的方向性变化与频率的函数关系，根据[2]选择频率范围。

Nf1 = 15;Nf2 = 20;fmin = 1.2 e9;fmax = 2.1 e9;fstep = 0.1 e9;1.3 e9 fband1 = linspace (fmin, Nf1);fband2 = linspace (fmin fmax Nf2);频率=独特([fband1 fband2]);Nf =长度(频率);D =南(Nf); f_eng = freq./1e9; f_str =‘G’；图一=图;为i = 1：长度（freq）d（i）=模式（hx，freq（i），0,90）;图（FIG1）情节（F_ENG，D，“x -”网格)在轴（[f_eng（1）f_eng（end）9 16]）xlabel（['频率 （'f_str“Hz)”]) ylabel (“方向性(dBi)”） 标题（“峰值方向性变化与频率”) drawnow结束

图中包含一个轴对象。标题为“峰值方向性变化与频率”的轴对象包含一个类型为line的对象。

结果讨论

将这一结果与下面复制的[2]中的图11进行比较，我们建立了定量的一致性。

模拟和测量NB和WB3设计的RHC增益[2](经IEEE许可复制)

另请参阅

单极测量比较

参考

[1] J. D. Kraus，“螺旋束天线”，电子产品，1947年4月，PP。109-111。

[2] A. R. Djordjevic, A. G. Zajic, M. M. Ilic, G. L. Stuber, "Optimization of Helical antennas [Antenna Designer's Notebook]," IEEE Antennas and Propagation Magazine, vol.48, no.6, pp.107-115, Dec. 2006.

[3] C.A.Balanis，'天线理论。分析与设计，'p。514，Wiley，纽约，2005年第3版。