怎样才能做好螺旋天线

本人最近在做螺旋天线，要求是左旋圆极化天线，由于是初学好多东西不是很明白，想询问大家一下，做螺旋天线除了直径和螺距要求外，尤其是实现圆极化时应注意哪些方面。
还有要仿真螺旋天线 那个软件可以快一点，本人原来使用HFSS,机子几乎处于死机状态，现在改用CST但还是很慢。
要有高手请指教一二，谢谢！

螺旋天线，用那个软件都慢 ，恭喜你又你搞的了

感觉也是这样！：21de ：21de

同样感觉，顶顶顶！大家:29bb :29bb :29bb

尽量减少几何复杂度。粗算和精算结合。

就是圆的变成三角的，先粗算算。这是我的经验。：9de

那用螺旋实现圆极化时，D与S的关系是怎样的?大概仰角是多少度? 我现用的频率为1.6GHZ ，直径为40左右，仰角为14~16度左右，不知道这样设置对不对，有高手指点一下，谢谢哈！：9de ：9de

要是用双绕螺旋实现以上天线，那在CST中激励端口应该怎么设置?双端口相位差180度怎么在CST中实现?

如果要求圆极化轴比好,应该螺旋的圈数足够多,单这样最大辐射方向可能不在轴向

不懂 :27bb :29bb

我现在使用的圈数是10圈左右，仿真出来的轴比很乱，不知道是怎样的?

请高手指点，顶顶顶！:29bb :29bb :29bb

解决了双端口的设置了。呵呵！

螺旋天线最好圈数少点，要不然计算量很大

3.2 螺旋天线介绍
螺旋天线是用导电性良好的的金属做成的螺旋形导线并由同轴线馈电的一种天线。同轴线的内导线和螺旋线的一端相连接，外导线则和金属圆盘（或矩形板状等）接地板相接（见图1），螺旋线的另一端是处于自由状态。它既可用做反射镜或透镜的辐射器，也可用做单独的天线（由一个或几个螺旋线组成）。本设计因为需要较宽的天线方向图和轻巧的抗风结构，故用作独立天线。





图1圆柱型螺旋天线的结构及参数
3.3 圆柱形螺旋的几何参数符号
图1中，各参数的表示及相互之间的关系如下：
l——螺旋轴线的长度； D——螺旋的直径；
L——一圈的周长（或称圈长）； s——各线圈之间的距离（线距）；
α——绕距角； n——圈数。
(1)
螺旋天线的方向特性在很大程度上取决于螺旋的直径与波长之比值 。当螺旋的直径很小时 ＜0.18，螺旋天线在垂直与螺旋轴线的平面上有最大的辐射，并且在这个平面上得到圆形对称的方向图（图2a）。类似于在较低的频率范围所采用的环行天线的方向图。螺旋天线的这种工作状态称为无方向性的辐射状态。
但对我们具有实际意义的是螺旋天线的轴向辐射状态。在这种情况下，螺旋直径与波长之比值 应为0.25——0.46，天线则在沿轴线方向具有最大辐射（图2b）当进一步增大比值 时，螺旋的方向图变为圆锥形，如图2c所示。

图2 三种螺旋天线的辐射情况
3.4 螺旋天线在轴向辐射时的主要特点是：
（1）沿轴线有最大辐射；
（2）辐射场是圆极化的；
（3）沿螺旋导线传播的是行波；
（4）输入阻抗近似为有功电阻；
（5）频带较宽等。
（6）天线轴向辐射所必需满足的条件是： =（0.25—0.46）即，必须使螺旋的圈长近似等于一个波长。
3.5 螺旋天线的辐射场
单个螺旋的辐射特性可以近似地认为是一个平面线圈（即α=0），如图3所示。
假设圈长L等于波长λ，且沿线圈传播着行波，则这种天线在某一瞬间t1时。在一个已展开的线圈上的电流分布曲线如图4a所示，图中箭头表示电流的方向。在图4b表示了平面线圈中电流的情况，箭头表示电流I的方向，以及相对x轴和y轴成对地对称分布的A、B、C、D四点的电流分量IX和IY。从图4b中可以看出：
, (2)

图3 单个螺旋的辐射 图4在瞬时t1的平面螺旋上电流分布
方程式（2）对任何二个对于y轴对称的点都是准确的。由此可得出结论:轴向（沿Z轴）的电磁场在该瞬时仅含有分量Ey。但是当沿线圈传播行波时，则在图4所示的，电流沿线圈分布的曲线将沿线圈移动，即在行波的情况下，电流的零点和最大点以及其他电平点不断的以电磁波沿导线传播的相速沿线圈移动。
由于不同电平点在线圈上移动，电磁场的整个分布图就不断的饶Z轴旋转。而且电磁场矢量的方向也不断的转动。因此，如圈长L=λ，沿线传播行波时，那在轴向将形成矢量E和H不断的旋转的场。也就是圆极化场。

图5 在瞬时t2的平面螺旋上电流分布
图5中画出了在时间t2 = t1 + 时（T——震荡周期）电流沿线圈的分布情况。此瞬间：
, (3)
可以看出：在这个瞬间，轴向辐射场只含有EX分量。由此可以得出这样的结论：在t2- t1= T时间内，矢量E 转了一个π/2的角度，而在一个周期T的时间内，转了360°。
当然在单个线圈的情况下，不能保证在垂直于轴线方向上的辐射。为了增加轴线方向的辐射，采用平面接地板和多圈螺旋并用求天线阵的方法求其方向图。
3.6 圆极化问题
实际上螺旋的线圈不是位于一个平面上，而是有一定的绕距的。但是，如果选择绕距和线圈的直径，使得由二个相邻线圈产生的场强之间的相位差ψ=2π，那么在Z轴方向将得到圆极化和最大辐射（见图6），即必须满足下列条件：
（4）
图6 用平面圈代替螺旋等效图
在上式中： 一般K1的值在0.7—1.0范围内; 是在元螺旋始端和末端由光程差决定的二电场之间的相位差； 乃是由元螺旋上电流相位所决定的元螺旋之间的相位差。
于是得到对应于圆极化的绕距s和圈长L之关系如下：
（5）
要得到最大辐射还要求天线二端边缘辐射元所形成的场，在Z轴方向的相位差约等于π时，才能得到最大方向系数。
为此，必须使ψ角为：
（6）
于是L和s之间关系为：
（7）
但是，满足上式时，在轴向并不能得到圆极化的辐射场，而是椭圆极化的辐射场。只有当线圈数很多时，才能得到近似的圆极化辐射场。
3.7 螺旋天线方向图的计算
螺旋天线方向图的计算，是比较复杂的。它的电场矢量具有 和 二个分量，因此应该分别求出它们的方向图。或采用，求天线阵方向图的类似方法来计算：见（图7）
设： ＝f1( )f 3 ( ) ，
＝ f 2( )f 3( )，
上式中：
f1( ) —单个螺旋 的方向图；
f 2( )—单个螺旋 的方向图；
f 3 ( )—一系列线圈阵的乘子。
由前面振子天线阵计算可知：

式中 其中 角如图7所示。
和 两值可可由下面两近似求出①：
（8）
（9）
式中： ， ；
； ；
； ； ；
3.8 螺旋天线的设计的一般步骤
在按照所给的方向系数值或方向图主瓣的宽度来选择螺旋天线的几何尺寸时，选择饶距角α=12°— 16°，螺旋数n＞3，有下列近似经验公式：
方向系数为： G=15( )2n (10)
以半功率点计算的方向图主波瓣宽度为：
2θ0.5= 度。 （11）
方向图主波瓣在第一对零点（最小值）间的宽度为:
2θ0= 度 （12）
螺旋天线的输入阻抗为：Z输入≈R输入≈140 （13）
上述式中的L、S和n值的选择应满足公式（7）所示的要求。若要获得近似的圆极化，则必须满足式（5）所示的条件。系数K1可采用0.8。
接地板的半径可采用0.5L—0.8L（L—螺旋轴线的长度）。圆盘可用金属板或用网孔板制成。

图8 螺旋天线设计图
图8所示是书中给出的设计曲线，据此图可以选择正常工作的螺旋天线尺寸。
该图分为三部分，下面阴影部分表示螺旋天线在垂直于它轴线的平面上为最大辐射的情况，中部表示为轴向辐射的情况，上部则表示螺旋天线方向图为圆锥形的情况。图中虚线所包围的范围中，方向图宽度2θ0.5为30°—60°，而旁瓣则较小。
在图上用点表示的曲线是包括了在最大辐射方向的 或（ ）的比值不大于1.25的部分。阻抗曲线和α1=24°的直线所包围的部分系对应于天线输入阻抗变化很小，且主要为有功分量。其数值在100——150Ω范围内。

谢谢楼上的，现在正在学习中！

顶 楼上的楼上

你机子什么配置啊?别说是双核的！现在最低4核，4G以上内存才能勉强算算，HFSS也能做螺旋?太天才了，CST就是慢，数据文件就几百兆，盗版很多VB模块都没有

学习了，谢谢！

螺旋天线用feko仿真方向图是最快的，但是驻波不是很准；
用HFSS仿真的关键是你不能把螺旋的圈数设置的太多，一般<6就可以来，否则剖分网格很多，会很慢！

我也想知道 学习

你做轴向螺旋，还是法向螺旋?轴向多做几圈，法向做少一些。

說真的跑螺旋實在很慢~但是可以把tools-->options-->HFSS options-->選擇solver底下Number of Processors:設定為2(原本設定為1)
首先你的電腦必須是雙核心內存RAM4G以上的才設定2
我有事過會變比較快~但是電腦在求解分析網格時電腦會定住~
所以電腦只能使用求解~
這是我看過的資料與大家分享一下

回复 ryhui0197 的帖子
你好，我想知道螺旋天线那个具体的设计图，看了你回复的帖子，没有显示出来图，想向你咨询一下~

用4nec2这个软件试试