宽带复合螺旋天线小型化设计及其性能优化

"本文主要探讨了一种宽带螺旋天线的小型化方法，作者宋朝晖、王瑞、曾志和杨彩田来自哈尔滨工业大学电子与信息技术研究院，针对的是如何在保持性能的同时减小天线尺寸的问题。研究的焦点是设计了一种新型的复合天线，它结合了等角螺旋线和阿基米德螺旋线的特点。这种设计旨在改善等角螺旋天线在低频段的表现，解决阿基米德螺旋天线臂长过长导致的传输损耗和效率问题。新天线的直径为140mm，工作频段覆盖0.8GHz至10GHz，这比传统螺旋天线有明显的尺寸优势。 该天线的低频特性经过了数值分析和实际测试的验证，结果显示其性能优于同尺寸的等角螺旋天线和阿基米德螺旋线天线。它不仅在阻抗特性、方向图特性和圆极化特性上表现出色，而且在超宽带信号检测等应用领域具有广泛的潜力。这类天线的设计理论基础源于R.C.Taylor在20世纪50年代提出的非频变天线理论，但这类天线的尺寸受限于工作频段的最低频率对应的波长，扩展工作频段一直是研究挑战。 文章指出，由于平面等角螺旋天线和阿基米德螺旋天线在数学上的解析解不严谨，传统的分析通常依赖于工程经验、近似算法或数值仿真。例如，E.Yh和Mie采用矩量法分析圆锥等角螺旋天线，而Herter等人则使用有限差分时域（FDTD）方法处理具有曲线边界结构的螺旋天线，但阶梯近似模型可能导致精度损失。本文创新地采用了共形网格的FDTD算法进行数值计算，这种方法能够更精确地模拟复合螺旋天线的特性，避免了网格划分过于精细和模型误差的问题。 这项研究对于超宽带天线小型化技术的发展具有重要意义，不仅提供了有效的设计策略，也为后续的螺旋天线优化设计和工程实践提供了新的思路和技术支持。"