HFSS平面等角螺旋天线的仿真设计(2)
1.1 课题研究的背景和意义
1.1.1 背景
简单的说，螺旋天线就是具有螺旋形几何结构的天线，它一般是用电的良导体制成，用心线和螺旋线相连接的同轴线进行馈电，同时同轴线的外部导体和地面相连，相连的部分是金属板或者金属网。这种天线的辐射方向一般是由螺旋线的螺旋方向和螺旋线的矢径有关。
非频变天线的概念首先是由V. H. Rumsey提出的。一般情况下，如果天线的相带宽超过百分之几十就被称为宽频带天线，而如果天线的阻抗特性和方向性系数能在更宽的频率范围内变化很小甚至保持不变时，这样的天线就被叫做非频变天线。非频变天线的提出是历史性的，因为它使天线的发展到达了一个新的水平面，非频变天线的带宽可以到达20：1甚至40：1，这是在之前具备同样工作频带和阻抗特性所无法实现的。
通常天线的电性能是由天线的电尺寸来决定的，因此当天线的几何尺寸一定时，天线频率的变化会使得天线的电尺寸发生变化，从而天线的性能也会发生相应的改变。非频变天线的基本原理是相似原理，相似原理有时也称作缩比原理，这种原理的中心意思是，如果天线的所有几何尺寸和天线的工作带宽以同样的比例变化，那么天线的基本性能指标能够文持不变。
通过上面的分析可知，如果天线的几何结构只由它的角度来决定，天线的性能就可以与天线的频率无关。几何形状只由角度决定则表明天线的结构要从中心点拓展到无限长。如果想要让无限长的天线结构用于实际，就需要在设计天线时让电流随着离开输入端的距离不断的减小，直到到达某个位置后电流可以忽略，这样的话，就可以在实际的天线中把电流可忽略的部分剪裁掉。因此有限长的天线实际存在一个下限的截止频率，在这个频率之上的天线段和理论上无限长的天线相同，而低于这个下限截止频率的部分就是可以忽略剪裁的部分。同时天线也存在上限频率，这是由于馈电端不可以在看做是一点，一般是上限截止波长的八分之一。
非频变天线一般可以分为两种，其中一种天线的结构只由天线自身的角度决定，因此天线的性能能够在频率不断变化时实现非频变的天线性能，具有代表性的这类天线之一就是本文所仿真的平面等角螺旋天线。另一种则是天线的结构尺寸按照一定的比例变化，称这种比例为比例因子，按照比例线性变化的两种或多种频率上，天线的性能是相同的，并且在中间的频率上天线的性能也不会改变很多。对数周期天线就是比较具有代表性的这一种结构的天线。
1.1.2 意义
平面等角螺旋天线是一种超宽带天线，并且有比较好的圆极化性能，因而不管是在民用还是军用方面都好比较好的前景。平面等角螺旋天线同时具备比较简单的几何外形结构和开销很低的制造成本和工序。
在民用方面主要用于偏远地区的通信，加上平面等角螺旋天线是一种双向天线，所以如果将这种天线放在大厅或者走廊的话，效果会非常好。在军用领域，平面等角螺旋天线主要用来进行信号的侦查和探测，主要是用于近程的隐蔽探测技术，加上这种天线本身结构简单，所以更易于实现和使用。这种天线频带高，天线增益好，圆极化性能优秀，所以是一种比较理想的近程探测天线。
由于目前一些现实情况的需要，对于组合天线的研究现在比较热门。由于平面等角螺旋天线的独特物理结构，它除了运用于普通的首发天线外，还有可能实现加入到组合天线当中，目前的研究情况是已经将这种天线融入到抛物面天线和对数周期天线的组合中，有了这样成功的尝试，相信以后还会出现更多更好的组合天线。