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基于高阻抗表面的螺旋天线设计

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基于高阻抗表面的螺旋天线设计

作者:韩曹政唐晋生李睿

来源:《现代电子技术》2014年第05期

摘要:利用高阻抗表面的同相反射特性,将其加载到阿基米德螺旋天线背腔的边缘区域,从而改善了天线增益,实现低剖面设计。仿真结果显示,与传统背腔式螺旋天线相比,增益稳定性显著提高。在3~12 GHz的工作频段内,驻波比小于2,阻抗匹配良好,辐射方向图保持稳定。在约7.8 GHz的频带宽度内轴比小于3 dB,实现了较好的圆极化性能。

关键词:高阻抗表面;阿基米德螺旋天线;宽带;低剖面;圆极化

中图分类号: TN823+.31?34 文献标识码: A 文章编号: 1004?373X(2014)

05?0077?03

0 引言

随着通信技术的发展和宽带无线电设备的出现,超宽带天线技术在遥测、宇航和卫星通信等领域得到了广泛的应用。平面螺旋天线,由于其结构满足非频变原理,因而它们在宽频带范围内具有良好的阻抗特性,增益特性以及圆极化等特点。而且平面螺旋天线为双向辐射,为了实现单向辐射,通常在螺旋天线的一侧加装深度约为[λ4]的反射背腔,但这种方法会破坏原天线良好的圆极化性能,改变非频变特性,增大天线轮廓。如果在反射腔内填充适当的吸波材料使其单向辐射,这样会导致天线辐射效率的降低。高阻抗表面(High Impedance Surface,HIS)由于在特定频率范围具有零相位反射的特点,因而可以将其代替传统的导体反射板来设计低剖面天线[1?4]。但由于高阻抗表面相对窄的同相反射带宽,限制了其在宽带系统中的应用。为改善增益、降低剖面,本文在螺旋天线背腔的边缘区域加载了高阻抗表面(HIS),仿真结果表明,天线在3~12 GHz的工作带宽内驻波比小于2,增益稳定性明显提升,主辐射方向轴比小于3 dB的频带宽度达到7.8 GHz。

1 传统背腔式螺旋天线设计

2 加载高阻抗表面的螺旋天线设计

2.1 高阻抗表面简介

高阻抗表面可分为有金属过孔的蘑菇型和无过孔的共面高阻抗表面。当平面波入射到高阻抗表面时,反射相位随着频率的增加,由180°~-180°连续变化,在谐振频率处相位为0°。通常将反射相位在90°~-90°相应的频率范围定义为高阻抗表面的同相带宽,即在此频带内可等效为人工磁导体(Artificial Magnetic Conductor, AMC),因而可被用于设计天线反射板。此外,高阻抗表面对于沿其表面传播的电磁波也呈现带隙特性,应用于印刷天线中能有效地抑制

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