螺旋天线

DIFILTER

有谁做过螺旋天线？我要用聚四氟乙烯做骨架，请问，在其他因素一样的情况下，用了骨架与不用骨架其频率是否一样？

lui1978

是多匝的轴向模单根螺线天线还是1/4匝的四头螺旋？

对轴向模螺线天线而言，用介质骨架可能会降低一点谐振阻抗，其它影响不太明显。馈电点处多留一点铜皮，以便调驻波比，一般用剪刀修剪馈电点附近的附加铜皮就可以得到很好的匹配，很容易得到端射的圆极化波束。

对四头螺旋，最好用薄一点的介质（因为频带不宽，如果介质太厚，可能会导致中心频率漂移，本人试制时采用一般的铜版纸壳作为支撑骨架，效果也很好）或者薄膜印刷工艺（成本允许的话）；采用双线平衡器馈电，特别要注意平衡器的设计，否则辐射特性一塌糊涂；这种天线能得到近似半球的辐射特性。这种天线及其馈线对周围的金属物体其实有点敏感，这种体会是跟Anderson和fujimoto的《移动天线系统手册》中提及的是不同的（也许是我当时实践条件有限，说不准谁对、谁不对，一切看你的实验结果）。[br]<p align=right><font color=red>+3 RD币</font></p>

DIFILTER

我做的是多匝的法向模单根螺线天线，试验中发现介质骨架对频率还是有较大影响，不知道是什么原因。请指教。

lui1978

那就是介质的缩短作用了。特别是介电常数大且较厚的情况，缩短系数大概按照SQRT(epsr_eff)估算，一个常用的估算式子是：epsr_eff=(eprs+1)/2，其中SQRT表示开平方，epsr表示骨架或者基板的介电常数。
但轴向模螺线天线的频带较宽，调的好可以有接近2：1的阻抗带宽，所以试制时没有考虑频率偏移，实际上也没有出现很严重的偏移。
至于法向模的，本人没有试制过，按原理想，它是否有点类似加感的单极子、频带要窄一些？普通的单极子天线带宽并不是很宽（板状的除外），因此可能会对周围的介质更为敏感，这也许是频漂的原因之一吧。[br]<p align=right><font color=red>+3 RD币</font></p>

ayuyu

如何设计这个馈电balun？楼主用同轴电缆设计馈电balun吗？
如何确定螺线天线的输入阻抗？我的做法是没有用介质板，而是用支架撑起四根螺旋线，看起来更像象是两个半波对称阵子的组合。增益在3dBi左右L－band。
这两问题我一直没高明白。

lui1978

5楼说的是四头螺旋吧？
本人是用“同轴线＋90度分支线电桥”的笨办法，分支电桥出来后，两根同轴线末端都做成双线平衡器，依次获得0度、90度、180度和270度相位，分别给四臂馈电。
对阻抗匹配，由于本人数学不好，都是靠调试出来的，谈不上计算。主要通过调振子的长度（用剪刀剪剪就行了）和馈电点处的铜皮大小（不连续的地方剪剪焊焊），先调好了一臂、使之达到50Ohm左右（带一个电抗不要紧），只要另外一臂尽可能也调到对称的阻抗，连接到分支电桥上就能获得很好的匹配。
其他测试结果跟你的是一样的。

此外做过U形交叉振子，确实跟四头螺旋有点类似，也可以用这个方法得到圆极化，但是似乎用板线平衡器更容易加工和节省成本、至少省掉一只分支电桥的成本，可惜还没有时间去搞，估计里面计算和调试量不会少。[br]<p align=right><font color=red>+3 RD币</font></p>

ayuyu

谢谢楼上的交流，这是我很感兴趣的课题。
我的馈电方法和你的是一样的，先90度功分，再用同轴线做成平衡的balun。

标准半波对称阵子的输入阻抗大约是73ohm，但是如果阵子折弯后变成螺旋装，其输入阻抗，带宽，频率响应如何变化？不知有什么方法获得？（计算，仿真，经验值）

blue_sea

有收获呀[em06]

lui1978

回复ayuyu：具体我也没有计算过，用矩量法不难做，就是输入坐标比较麻烦一些，因为是曲线（除非自己能编一个自动划分格子的图形接口程序，否则就比较麻烦，需要先把曲线的方程列出来，再确定匹配点的位置，才能计算阻抗元素的积分）。不过估计计算的结果不会太准确，因为馈电结构比较复杂，寄生参数影响较大，应该以实测为准，我都是靠调试得到上述结论的。螺旋做得不太深入，当时也是根据70年代的一篇文献上面仿制的，由于实验条件不太好，连支撑骨架也是手工制造（可能说出来都让大家笑话，我是用废纸做骨架，贴上磷铜皮做的条带后，将骨架卷起来变成圆柱，再焊接调试的，正宗做法是用薄膜印刷电路来做，老美的样机都是这样做的，看上去很精致），所以没法给出很精确的规律。
这类天线的个人体验：不论做成螺旋或者U形都好，带宽是不会太宽的，因为本身电桥和双线平衡器的阻抗带宽都有限；振子的粗细影响不太敏感（馈电点处除外），当然宽一点的振子可能阻抗变化缓慢些、带宽能宽一点点；对于U形振子，不同的弯曲程度会明显影响轴比性能和阻抗匹配，调试的时候用手掰掰看就能体会到。

[此贴子已经被作者于2006-8-18 16:17:18编辑过]

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psdcool

我对天线设计也很感兴趣，几位是否有相关的资料介绍以下？谢谢了！

lui1978

回复10楼：太笼统了吧，能否给个大概的范围，天线的种类实在太多太多了（比如按照结构分：平面天线、线天线；还是按照用途分：移动基站天线，手持设备天线；按照尺寸分：电小天线，电大天线……），谁都不能保证能全部实践一遍啊！

lui1978

回复ayuyu：突然想起来，试试用IE3D的“螺旋线”功能模块，输入1/4匝的螺旋，然后在末端设定端口，看看能否计算。我只用它算过最简单的单螺线（轴向模）天线，跟教科书的结论还吻合得可以，证明它的模型是没有问题的。
但是，由于双线平衡器的末端靠的很近，我推测这里面可能有电磁耦合。考虑到外皮的漏电流很小，因此电感耦合应该是较弱的，似乎平衡器末端的开路点耦合占优，故应该主要是容性。耦合电容导致测得的振子特性都带有明显的容抗，而且还影响谐振频率，需要微调振子的长度，这也是每次装好后都要用剪刀剪振子的原因。由于我实践也不很多，因此能供你参考的东西就这么多了。有什么新的发现，再讨论。[br]<p align=right><font color=red>+3 RD币</font></p>

ayuyu

谢谢lui1978的热忱回复！

我也在想用IE3D来做概念性的仿真，螺旋线的建模有点繁琐，倒是可以先尝试U形天线，再做螺旋线的，要花点时间。如有结果定会继续跟贴。

lui1978

上传几篇四线螺旋的新老文章，IEEE的。不过它们都没有太多的讨论馈电问题。
【文件名】:06828@52RD_四线螺旋.rar
【格　式】:rar
【大　小】:2105K
【简　介】:四线螺旋天线资料
【目　录】:
[br]<p align=right><font color=red>+5 RD币</font></p>

lui1978

顺便请教：国内哪里有比较便宜的、制作高频薄膜印刷电路的地方？用的基板材料参数如何？

lui1978

回复ayuyu：后来想了一下，能否这样做交叉振子天线呢？用板线平衡器（就是在同轴线上面开两道对称槽的那种），然后将两对振子连到上面去；这两对振子长度不一样，一对短些、呈容性，一对长些、呈感性，于是，利用两者之间的长度差获取电流分布的90度相移；而板线平衡器末端本身就是差模（180度），因此，两对振子的电流就能获得0、90、180、270度分布了。就是阻抗变换的过程要算算看。这样，平衡器的结构简单，还省掉了分支电桥。就是做起来不知道难度如何。
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ayuyu

附件是我最近的双头螺旋平衡馈电天线仿真的一些结果，四头多路馈线目前还没有办法仿真，现在用的是单平衡馈电。欢迎大家指教。
【文件名】:06829@52RD_helixantenna.rar
【格　式】:rar
【大　小】:357K
【简　介】:
【目　录】:
[br]<p align=right><font color=red>+3 RD币</font></p>

ayuyu

这个仿真结果和我手头上的四头螺旋的实际尺寸是很接近的，其工作频带也是很接近的，但是对于该天线的辐射方向图，有点不明白。是不是这时的螺旋天线不再属于对称阵子一类的天线了？
关于同轴线馈电的平衡器，我的理解是180°的容易做，90°的不容易设计，我有片文章可以供你参考。
【文件名】:06829@52RD_Balun_design_in_PA.pdf
【格　式】:pdf
【大　小】:368K
【简　介】:
【目　录】:
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lui1978

回复ayuyu：我对平衡器的理解是：输入端口为不对称结构，两个输出端子分别为等幅、0、180度输出，也就是严格的所谓“差模”传输，这样的东西才算是平衡器。当然，90度分支电桥的作用与平衡器非常类似，只是定义上面不严格。90度分支电桥用在平面电路中有点油水，但是带宽窄。想要宽带，只有用槽线和微带的混合结构，但是具体碰没有到过，也就没有实践过。
螺旋天线与交叉振子的最大不同，本人愚见，可能在于其模式分析上。螺旋有轴向模式、法向模式、高次模式等等，具体要根据径向尺寸和轴向尺寸比例和上面的电流分布来确定。四头螺旋的模式问题也是类似的，因此，轴向和径向比例有讲究，一般是靠查文献上的曲线来确定。只要做得不是太瘦长或者太扁，半球状的圆极化辐射方向图是不难得到的。
不过这类天线的仿真我还没有做过，感觉线天线的东西很难算准，特别是馈线复杂的情况下。今天下午突然有别的新任务，有得忙了，看来暂时要放放了。[em03][br]<p align=right><font color=red>+3 RD币</font></p>

yahooxiaozi

想要资料，钱不够