标签：仿真 天线 螺旋 HFSS 分布 辐射 初探 日志 电流

一、螺旋天线原理介绍：
螺旋鞭天线如图1所示，螺旋线是空心的或绕在低耗的介质棒上，圈的直径可以是相同的，也可以随高度逐渐变小，圈间的距离可以是等距的或变距的。由图可知，它相当于将加载的电感分布在鞭状天线的整个线段中。这种天线被广泛地应用于短波及超短波的小型移动通信电台中。它和单极振子天线相比，最大的优点是天线的长度可以缩短2/3或更多。

                  图1 圆柱螺旋天线
对于常见的圆柱螺旋天线来说，有以下一些比较重要的参数：

D——螺旋的直径
a——螺旋线导线的半径
s——螺距
α——螺距角
l0——一圈的长度
N——圈数
h——轴向长度

                       图2 螺旋天线的参数

根据实际螺旋的左旋和右旋，螺旋天线分别辐射左旋和右旋的圆极化波，我们常常把螺旋天线看成若干个电流小环的串联，我们可以单独分析某时刻某个螺旋上的电流分布来分析它的辐射特性：

          图3 某时刻螺旋天线上的电流分布情况

设在某一瞬间t1时刻，圆环上的电流分布如图3所示，该图左侧图表示将圆环展成直线时线上的电流分布，右侧图则是圆环的情况。在平面圆环上，对称于x轴和y轴分布的A、B、C和D四点的电流都可以分解为Ix和Iy两个分量，由图可看出:

由于线上载有行波，线上的电流分布将随时间而沿线移动。为了说明辐射特性，再研究另一瞬间t2=t1+T/4(T为周期)时刻的情况，此时电流分布如图3所示，对称点A、 B、 C和D上的电流发生了变化，由图可看出

二、螺旋天线参数估计
对于实际设计来说，我们认为其螺旋直径D与波长λ的比值决定了螺旋天线的最大辐射方向：

              图4 不同D/λ的值对应的辐射情况

(a) 边射型(D/λ<0.18)； (b) 端射型(D/λ=0.25~0.46)；
© 圆锥型(D/λ>0.46)
除此之外，我们认为螺旋一周长约等于波长的时候，天线上的电流接近行波分布。（在N>3的情况下）
对于满足以上要求的螺旋天线，在工程上一般有如下的公式
三、天线仿真：
使用HFSS15.0对螺旋天线进行仿真
仿真步骤如下：
1.建立螺旋线
2.建立同轴馈线
3.建立接地板
4.设置辐射边界
5.设置激励源
这里取中心频率f0=4.2Ghz，D=30mm，S=30mm，N=5
此时D/λ=0.42天线应该呈端射
得到的模型如下：

                   图5 螺旋天线HFSS模型

紧接着设置求解和快速扫频，仿真，分析结果：

图6 天线3D辐射图

                     图7  天线S11参数曲线

                        图 8   e面方向图

由S11参数可知，在4.2Ghz天线的驻波比=1.4，天线表现出较强的端射特性。

天线仿真很大程度也依赖于工程经验的积累，而不是计算，所以调试过程很长是正常的。大家如果有什么问题可以QQ联系我。

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来源： https://blog.csdn.net/weixin_43824941/article/details/115497178

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