螺旋天线的设计与仿真研究
摘要在分析电晕放电原理的基础上，结合本实验室关于电晕放电探测系统的设计要求，选用CST微波工作室对螺旋天线进行了设计、优化与仿真，所得的仿真计算结果与测试结果有较好的一致性。设计出的螺旋天线具有高增益，提高了整个电晕放电探测系统的灵敏度。
关键词电晕放电；螺旋天线；CST；仿真；测试
螺旋天线是一种行波天线，具有宽频带特性和圆极化特性，已广泛应用于米波和分米波波段。可以构成螺旋天线阵使用，也可作为其它面天线的初级馈源。按照电晕放电探测系统的设计要求，首先设计单个的螺旋天线，提供较高的增益，在此基础上后续进行设计多个阵列进行拼接组合实现高增益阵列天线阵。螺旋天线不仅在宽频带上具有近乎一致的电阻性输入阻抗，而且在同样的频带上螺旋天线的波瓣图显示其增益很大。它的性能对导线尺寸和螺旋节距不敏感；它的互阻抗几乎可以忽略，因此很容易用来组阵。
1螺旋天线结构参数及设计方法
将金属带或金属导线绕制成一定尺寸的圆柱或者圆锥螺旋线，一端用同轴线内导体馈电，另一端处于自由状态或与同轴线外导体联接。螺旋天线的几何结构参数为：
D螺旋直径
S螺距
圈数
d螺旋导体（线）的直径
1轴向长度
S
为了消除同轴线外皮上电流，通常在螺旋线末端接一个直径为Z0同轴线的特性阻抗的金属圆盘，这样就组成了一个螺旋天线。
螺旋天线的辐射特性主要取决于天线直径与波长比Dλ。
当Dλ（025046），螺旋的周长L在一个波长左右，最大的辐射方向在轴线方向，称之为轴向模螺旋天线，实际工程中也多采用这样的
天线。
f轴向模螺旋天线对导线尺寸和螺旋节距不敏感，在工程中比较好建造使用，其优化的重要参数有波束宽度，增益，阻抗以及轴比。
（1）
本螺旋天线阵馈电时采取轴向馈电，适用于08≤Cλ≤12，12°≤α≤14°时，在20的误差范围内为R140Cλ。借助适当的匹配段，在螺旋最底部的14圈制成平行于接地面的锥削过渡段，将140Ω150Ω的螺旋阻抗变换为50Ω的同轴线阻抗。在安装螺旋天线时，需要计算介质垫片与接地面的间距h，如式（2）所示：
（2）
式中：ω是馈点处导体的宽度，h导体离地面的高度，εr是介质垫片的相对介电常数，Ｚ0是同轴线的特性阻抗。
11建立螺旋天线模型
本文所设计的螺旋天线要求工作频段在125MHz～500MHz内，该阵列的增益在中心频率250MHz时约为15dBi，驻波比小于2。建模过程中，考虑到工作频率在超短波及微波波段，电流主要集中在导体表面，模型中螺旋线可用实心金属代r