摘 要

天线在无线通信系统中的作用是作为辐射和接收电磁波能量的元件，是将导波和辐射波的能量进行转换的能量转换器，天线的性能在整个无线通信系统中占有非常重要的作用。随着近些年来电子设备的发展逐渐趋近于高度集成化和小型化，无线通信系统对天线也有了尺寸更小，性能更好的要求。平面螺旋天线在性能上具备宽频带和圆极化，在军事和民用方面的应用都非常广泛，这也使得研究平面螺旋天线的小型化有着很重要的意义。

本论文通过HFSS软件以平面螺旋天线为研究对象，研究的频段范围选择在0.1GHz-10GHz,反射系数的要求为小于-15dB。在总结和分析以往有关平面螺旋天线的研究成果的基础上，力求设计出来一种性能更好的平面螺旋天线。本文的重点为对天线的辐射部分和馈电部分进行研究、设计和仿真。

在实际应用中，小型平面螺旋天线主要是缺乏正确的平面馈电方式。一般情况下巴伦馈电在平面螺旋天线中的主要作用是作为激励，本论文的设计在以巴伦馈电作为激励的基础上，另外加入了共面波导馈电，其主要特点是信号导带与地位于同一平面。采用共面波导馈电可以达到更好的馈电带宽和辐射效果，同时因其单层的平面结构，便于与其他微波器件进行连接，构成完整的电路。

关键词：共面波导；平面螺旋天线

Abstract

The role of antenna in the wireless communication system is as the radiation and reception of electromagnetic wave energy components, will be guided wave and radiation wave energy conversion of energy converter, the performance of the antenna in the wireless communication system occupies very important role. With the development of electronic devices in recent years, the wireless communication system has a smaller size and better performance. Planar spiral antenna has wide bandwidth and circular polarization in performance, and it is very widely used in military and civil applications, which makes it very important to study the miniaturization of planar spiral antenna.

This paper through the HFSS software to plane spiral antenna as the research object, the study of the frequency band range of choice in 0.1GHz-10GHz, the reflection coefficient is less than -15dB. On the basis of summarizing and analyzing the previous research results of the planar spiral antenna, the design of a planar spiral antenna with better performance is designed. This paper focuses on the research, design and Simulation of the radiation part and the feed part of the antenna.

In practical applications, the small planar spiral antenna is mainly lack of the correct plane feeding mode. General balun in planar spiral antenna main role is as an incentive, the design of the balun as incentive based, the addition of a coplanar waveguide fed in, the main characteristics is signal conduction band and is located in the same plane. The coplanar waveguide feed can achieve better feeding bandwidth and radiation effect, at the same time, it is convenient to connect with other microwave devices to form a complete circuit because of the planar structure of the single layer.

Key Words: coplanar waveguide; planar spiral antenna

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究背景与意义 1

1.2非频变天线简介 1

1.3平面螺旋天线的研究现状 5

1.4研究方向与论文结构 8

第2章 平面螺旋天线基础介绍 10

2.1天线理论 10

2.1.1方向特性 10

2.1.2阻抗 12

2.1.3天线的带宽 13

2.2非频变天线 13

2.3等角螺旋天线 14

2.4阿基米德螺旋天线 16

2.5HFSS简介 16

2.6本章小结 17

第3章 平面螺旋天线设计 18

3.1本章简介 18

3.2对天线的结构进行比对和分析 18

3.3共面波导馈电 19

3.3.1共面波导的结构 19

3.4.2共面波导的分类 20

3.3.3共面波导公式设计研究 20

3.5本章小结 22

第4章 集成共面波导馈电的平面螺旋天线设计 23

4.1引言 23

4.2平面螺旋天线的新型平面馈电结构 23

4.3集成共面波导馈电的螺旋天线的设计 24

4.4仿真结果 25

4.5本章小结 27

第5章 总结 28

参考文献 29

致谢 31

第1章 绪论

1.1研究背景与意义

众所周知，天线的作用是接受和发射电磁信号，在无线通信中有着非常重要的作用，是将导波和辐射波的能量进行转换的部件。自从人们发现了电磁波的存在以来，无线电通信有了飞跃式的改变，天线在人类社会中的地位也越来越重要，从生产、生活、航空、航天，再到军事方面，人们已经离不开无线通信了。

天线有着各式各样的种类，天线的分类方法也有很多种，天线的极化特性就可以做为一种分类方式，天线的极化方式有圆极化和线极化。而我们要研究的平面螺旋天线是圆极化天线。圆极化天线在一些极端情况下有着很重要的应用，当双方进行通信的时候，如果其中至少一方是在运动的状态下，那么接收天线天线或者发射天线中的至少一个要采用圆极化天线；在航空航天的通信中，由于电磁波会经过电离层，所以电磁信号会发生变化，地面天线必须采用圆极化天线才能接收信号。