Kilgus C.C.在1968年首次提出谐振式四臂螺旋天线，其结构如图2-12所示。该天线包含四根螺旋臂及金属支撑杆，每根螺旋臂长度为四分之一工作波长的整数倍。当倍数关系为奇数时，螺旋臂终端开路；当倍数关系为偶数时，螺旋臂终端短路。四根螺旋臂馈电端电流相等，相位相差90°，分别为0°、90°、180°、270°。通过这样的馈电方式可以实现圆极化。
四臂螺旋天线参数如图2-13所示。四臂螺旋天线可以被看成由空间正交90°馈电的两组双线螺旋组成，通过螺旋参数设计可以形成心形圆极化方向图，辐射方向图的最大指向为轴向方向。
图2-12 谐振式四臂螺旋天线结构示意
根据环形偶极子模型可以对该天线工作原理进行理论分析。1、2单元形成的双线螺旋的辐射场可表示为
同理，3，4单元形成的双线螺旋的辐射场可表示为
图2-13 四臂螺旋天线参数
当A1=A2时，四臂螺旋的总辐射场可表示为
当Eφ与Eθ为幅度相等、相位相差90°时就可以实现圆极化。
四臂螺旋天线的关键问题是实现四臂等幅且依次相差90°馈电，可以使用移相网络或自相移结构来实现。
目前，应用较多、性能较理想的是背射谐振式四臂螺旋天线，它由4根旋臂和顶部的两根直臂组成，每根旋臂的旋转角度一般为90°，长度近似为λ/4。其辐射性能受星体影响较小，特别适合密集度较高的航天器安装。只要设计得当，四臂螺旋的自由空间方向图与安装于载体上的方向图就差别不大，再加上该类天线属电小尺寸，并且具有优良的圆极化特性，因此它也是卫星上首选的一种天线方案。
下面给出应用实例：S频段四臂螺旋天线，能提供半空间的圆极化（左旋或右旋）波束覆盖，收发共用，该天线适用于低轨卫星测控系统。
S频段四臂螺旋天线组成有：透波保护罩、螺旋带、反射盘、移相器。保护罩和反射盘表面喷涂热控白漆，天线实物如图2-14所示。根据整星布局，天线可选配不同高度的支架，以改善天线在星体布局下的辐射性能。
图2-14 S频段四臂螺旋天线实物(www.xing528.com)
S频段四臂螺旋天线的典型技术指标如表2-2所示。
表2-2 S频段四臂螺旋天线典型技术指标
S频段四臂螺旋天线电性能仿真采用高频仿真软件HFSS，天线单元增益方向图和轴比曲线如图2-15～图2-22所示。
图2-15 增益方向图仿真结果（上行）
图2-16 轴比仿真结果（上行）
图2-17 增益方向图仿真结果（下行）
图2-18 轴比仿真结果（下行）
图2-19 增益方向图实测结果（上行）
图2-20 轴比实测结果（上行）
图2-21 增益方向图实测结果（下行）
图2-22 轴比实测结果（下行）
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