CN104638359A - 一种圆锥形四臂正弦天线及该天线的极化控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种圆锥形四臂正弦天线，第一介质基板、第二介质基板与第三介质基板，其中第一介质基板为中空的圆锥台，第二介质基板组设于第一介质基板顶端，第一介质基板外表面设有第一组正弦形金属臂，第一介质基板内表面内设第二组正弦形金属臂；第二介质基板上表面设有第一组金属连接带，下表面第二组金属连接带；第三介质基板上设有第一组微带指数渐变巴伦及第二组微带指数渐变巴伦，第一组微带指数渐变巴伦及第二组微带指数渐变巴伦分别与相应的信号源相连；第一组正弦形金属臂与第一组微带指数渐变巴伦通过第一组金属连接带电性连接并形成第一组辐射单元，第二组正弦形金属臂与第二组微带指数渐变巴伦通过第二组金属连接带电性连接并形成第二组辐射单元。
Description
技术领域
本发明涉及宽带全极化的定向天线，具体涉及一种圆锥形四臂正弦天线。
背景技术
天线作为发射和接受电磁波的重要部件，是无线电设备与系统中的重要组成部分，许多现代无线系统如通信与雷达系统等都要求天线能在较宽频带范围内有效工作。天线的主要电参数如阻抗、增益、方向图、轴比等，均有其各自带宽的限制，天线的带宽应以其中最窄的带宽定义，即在此带宽内天线的主要性能指标均能达到规定要求。
天线的缩比原理指出，若天线的模型尺寸与工作频率(或波长)按相同的比例变化，则天线的性能保持不变。1957年Rumsey依据缩比原理提出了工作频带在理论上没有限制的非频变天线[1](或称为频率无关天线)。在实际的天线工程中，考虑到“截尾”效应，物理上可实现的非频变天线是指在很宽的频带范围内所有电特性随频率的变化都很微小的天线。
传统的非频变天线主要包括螺旋天线和对数周期天线两大类。其中对数周期天线关于一系列确定的离散频率点具有自相似特性，故只在这些离散的频率点上具有非频变特性，而在这些离散的频率点之间天线的特性会有一定的变化；螺旋天线的形状仅由角度确定，可在连续变化的频率上得到非频变特性，如阿基米德螺旋天线，平面等角螺旋天线和圆锥螺旋天线等，但螺旋天线的物理结构决定了此类天线的极化方式是单一的。
上世纪80年代DuHamel提出了一种新颖的非频变天线，即正弦天线(Sinuous Antenna)[2]。正线天线继承了传统的螺旋天线的超宽频带、单孔径等优点，还具有独特的全极化特性，可以根据需求而实现双线极化或双圆极化。正弦天线的这些优良特性使得它在遥测技术、宇航通信、电子对抗和无线电测向等很多领域获得了广泛的应用。
传统的正弦天线为平面结构，具有双向辐射的方向图，为实现单向辐射，通常需要在辐射体后放置填充有吸波材料的金属背腔[3]，但是这种方法会损耗一部分辐射能量从而降低天线增益。圆锥形的正弦天线可以克服这一缺陷，通过增大天线的前后辐射比来实现单向辐射，在一些现代宽带通信、雷达及射电天文系统中获得了应用，如在反射面天线中用做馈源天线或在被动雷达系统中用做雷达导引头天线等。
发明内容
本发明的目的是要提供一种圆锥形四臂正弦天线，其包括，
第一介质基板、第二介质基板与第三介质基板，其中第一介质基板为中空的圆锥台，第二介质基板为圆形，第二介质基板组设于所述第一介质基板顶端，并且所述第一介质基板和第二介质基板共同形成一无底面的圆锥台，同时，所述第三介质基板收容于所述无底面的圆锥台中，并且所述第二介质基板上设有连接槽，所述第三介质基板的顶端插入连接槽中；
所述第一介质基板外表面设有第一组正弦形金属臂，所述第一介质基板内表面设有第二组正弦形金属臂；
所述第二介质基板上表面设有第一组金属连接带，所述第二介质基板下表面第二组金属连接带；
所述第三介质基板上设有第一组微带指数渐变巴伦及第二组微带指数渐变巴伦，且所述第一组微带指数渐变巴伦及第二组微带指数渐变巴伦分别与相应的信号源相连；同时，
所述第一组正弦形金属臂与所述第一组微带指数渐变巴伦通过所述第一组金属连接带电性连接并形成第一组辐射单元，所述第二组正弦形金属臂与所述第二组微带指数渐变巴伦通过所述第二组金属连接带电性连接并形成第二组辐射单元。
在上述技术方案的基础上，所述第一组正弦形金属臂和第二组正弦形金属臂均由在第一介质基板上的对数正弦曲线以第一介质基板的中轴线为中心分别旋转角度±δ所得两条曲线包围而成；所述第一组正弦形金属臂和第二组正弦形金属臂均包括以第一介质基板的中轴线为对称轴对称的两正弦形金属臂。
在上述技术方案的基础上，所述第三介质基板正面上设有第一巴伦金属带和第三巴伦金属带，反面上设有第二巴伦金属带和第四巴伦金属带，且每一条金属带均由两段宽度以指数形式渐变的直线渐变段和两段宽度固定的圆弧过渡段构成；所述第一巴伦金属带和第二巴伦金属带构成第一组微带指数渐变巴伦，所述第三巴伦金属带和第四巴伦金属带构成第二组微带指数渐变巴伦，且所述第一组微带指数渐变巴伦与第二组微带指数渐变巴伦均通过SMA连接器与信号源相连。
在上述技术方案的基础上，所述第一组金属连接带包括两第一金属连接带，所述第一金属连接带包括金属连接段与扇形部分，所述第一金属连接带的金属连接段与所述第三介质基板上的第一组微带指数渐变巴伦相连，所述第一金属连接带的扇形部分与所述第一组正弦形金属臂相应的正弦形金属臂相连。
在上述技术方案的基础上，所述第二组金属连接带包括两第二金属连接带，所述第二金属连接带包括金属连接段与扇形部分，所述第二金属连接带上的金属连接段与所述第三介质基板上的第二组微带指数渐变巴伦相连，所述第二金属连接带的扇形部分与所述第二组正弦形金属臂相应的正弦形金属臂相连，且所述第二介质基板上设有两金属化过孔，所述第二金属连接带上的金属连接段通过所述金属化过孔，并在所述第二介质基板的上表面印刷有两弧形段，所述弧形段通过所述金属化过孔与所述第二金属连接带的金属连接段相连。
在上述技术方案的基础上，所述第一组微带指数渐变巴伦及第二组微带指数渐变巴伦相连的信号源分别接入非平衡信号，调整接入信号的幅度和相位以调整极化方式。
在上述技术方案的基础上，第一组微带指数渐变巴伦接入的非平衡信号的幅度为零时辐射x方向线极化波；
第二组微带指数渐变巴伦接入的非平衡信号的幅度为零时辐射y方向线极化波；
第一组微带指数渐变巴伦和第二组微带指数渐变巴伦接入的非平衡信号的幅度相等，且第一组微带指数渐变巴伦接入的非平衡信号的相位超前于第二组微带指数渐变巴伦接入的非平衡信号的相位90°时，辐射左旋圆极化波；
第一组微带指数渐变巴伦和第二组微带指数渐变巴伦接入的非平衡信号的幅度相等，且第一组微带指数渐变巴伦接入的非平衡信号的相位滞后于第二组微带指数渐变巴伦接入的非平衡信号的相位90°时，辐射右旋圆极化波；
第一组微带指数渐变巴伦接入的非平衡信号的相位与第二组微带指数渐变巴伦接入的非平衡信号的相位相同或相差180°时，同时辐射x方向线极化波和y方向线极化波。
在上述技术方案的基础上，同时，所述极化控制方法在两组微带指数渐变巴伦接入工作频带与所述圆锥形四臂正弦天线工作频率一致的正交定向耦合器，并在该正交定向耦合器的两个输入端激励两路等幅同相的信号时，所述圆锥形四臂正弦天线同时辐射左旋和右旋圆极化波。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明所涉及的圆锥形四臂正弦天线与现有的圆锥螺旋天线相比，具有极化灵活可控的优点，能够同时辐射垂直和水平两种线极化波或左旋和右旋两种圆极化波；与现有的平面四臂正弦天线相比，具有更高的增益，且具有流线型的外形轮廓。
本发明所涉及的圆锥形四臂正弦天线所采用的圆形馈电连接片设计简化了天线的馈电结构，并有助于改善天线在宽频带内的极化特性。
附图说明
图1是本发明的圆锥形四臂正弦天线的介质基板结构图；
图2a是本发明的圆锥形四臂正弦天线的正弦形金属臂三维视图；
图2b是本发明的圆锥形四臂正弦天线的正弦形金属臂俯视图；
图2c是本发明的圆锥形四臂正弦天线的正弦形金属臂底视图；
图3a是本发明的圆锥形四臂正弦天线的对数正弦曲线及对数正弦臂俯视图；
图3b是本发明的圆锥形四臂正弦天线的对数正弦曲线及对数正弦臂前视图；
图4a是本发明的圆锥形四臂正弦天线的馈电连接片三维视图；
图4b是本发明的圆锥形四臂正弦天线的馈电连接片正面视图；
图4c是本发明的圆锥形四臂正弦天线的馈电连接片结构图反面视图；
图5a是本发明的圆锥形四臂正弦天线的微带指数渐变巴伦正面视图；
图5b是本发明的圆锥形四臂正弦天线的微带指数渐变巴伦反面视图；
图6a是本发明的圆锥形四臂正弦天线在x方向线极化下的馈电示意图；
图6b是本发明的圆锥形四臂正弦天线在y方向线极化下的馈电示意图；
图6c是本发明的圆锥形四臂正弦天线在左旋圆极化下的馈电示意图；
图6d是本发明的圆锥形四臂正弦天线在右旋圆极化下的馈电示意图；
图6e是本发明的圆锥形四臂正弦天线在双线极化下的馈电示意图；
图6f是本发明的圆锥形四臂正弦天线在双圆极化下的馈电示意图；
图7是本发明的圆锥形四臂正弦天线x极化激励时的驻波曲线；
图8是本发明的圆锥形四臂正弦天线x极化激励时锥顶方向的实际增益曲线；
图9a是本发明的圆锥形四臂正弦天线在1GHz时x极化激励时的三维辐射方向图；
图9b是本发明的圆锥形四臂正弦天线在1.5GHz时x极化激励时的三维辐射方向图；
图9c是本发明的圆锥形四臂正弦天线在2GHz时x极化激励时的三维辐射方向图；
图9d是本发明的圆锥形四臂正弦天线在3.5GHz时x极化激励时的三维辐射方向图；
图9e是本发明的圆锥形四臂正弦天线在3GHz时x极化激励时的三维辐射方向图。
图10是本发明的圆锥形四臂正弦天线y极化激励时的驻波曲线；
图11是本发明的圆锥形四臂正弦天线y极化激励时锥顶方向的实际增益曲线；
图12a是本发明的圆锥形四臂正弦天线1GHz时y极化激励时的三维辐射方向图；
图12b是本发明的圆锥形四臂正弦天线1.5GHz时y极化激励时的三维辐射方向图；
图12c是本发明的圆锥形四臂正弦天线2GHz时y极化激励时的三维辐射方向图；
图12d是本发明的圆锥形四臂正弦天线3.5GHz时y极化激励时的三维辐射方向图；
图12e是本发明的圆锥形四臂正弦天线3GHz时y极化激励时的三维辐射方向图；
图13是本发明的圆锥形四臂正弦天线左旋圆极化激励时的有源驻波曲线；
图14是本发明的圆锥形四臂正弦天线左旋圆极化激励时锥顶方向的轴比曲线；
图15是本发明的圆锥形四臂正弦天线左旋圆极化激励时锥顶方向的实际增益曲线；
图16a是本发明的圆锥形四臂正弦天线1GHz时左旋圆极化激励的三维辐射方向图；
图16b是本发明的圆锥形四臂正弦天线1.5GHz时左旋圆极化激励的三维辐射方向图；
图16c是本发明的圆锥形四臂正弦天线2GHz时左旋圆极化激励的三维辐射方向图；
图16d是本发明的圆锥形四臂正弦天线3.5GHz时左旋圆极化激励的三维辐射方向图；
图16e是本发明的圆锥形四臂正弦天线3GHz时左旋圆极化激励的三维辐射方向图；
图17是本发明的圆锥形四臂正弦天线右旋圆极化激励时的有源驻波曲线；
图18是本发明的圆锥形四臂正弦天线右旋圆极化激励时锥顶方向的轴比曲线；
图19是本发明的圆锥形四臂正弦天线右旋圆极化激励时锥顶方向的实际增益曲线；
图20a是本发明的圆锥形四臂正弦天线1GHz时右旋圆极化激励的三维辐射方向图；
图20b是本发明的圆锥形四臂正弦天线1.5GHz时右旋圆极化激励的三维辐射方向图；
图20c是本发明的圆锥形四臂正弦天线2GHz时右旋圆极化激励的三维辐射方向图；
图20d是本发明的圆锥形四臂正弦天线3.5GHz时右旋圆极化激励的三维辐射方向图；
图20e是本发明的圆锥形四臂正弦天线3GHz时右旋圆极化激励的三维辐射方向图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
请参考图1一种圆锥形四臂正弦天线，其包括，第一介质基板10、第二介质基板20与第三介质基板30，其中第一介质基板10为中空的圆锥台，第二介质基板20为圆形，第二介质基板20组设于所述第一介质基板10顶端，并且所述第一介质基板10和第二介质基板20共同形成一无底面的圆锥台，同时，所述第三介质基板30收容于所述无底面的圆锥台中，并且所述第三介质基板30的顶端与所述第二介质基板20相连接。
请同时参考图1-图3b，第一介质基板10外表面设有第一组正弦形金属臂，第一组正弦形金属臂由两个正弦形金属臂11、13组成，所述第一介质基板10内表面内设有第二组正弦形金属臂，第二组正弦形金属臂由正弦形金属臂12、14组成；所述第二介质基板20上表面设有第一组金属连接带，下表面第二组金属连接带；第三介质基板30上设有第一组微带指数渐变巴伦及第二组微带指数渐变巴伦，且所述第一组微带指数渐变巴伦及第二组微带指数渐变巴伦分别与相应的信号源相连；同时，
第一组正弦形金属臂与所述第一组微带指数渐变巴伦通过所述第一组金属连接带电性连接并形成第一组辐射单元，所述第二组正弦形金属臂与所述第二组微带指数渐变巴伦通过所述第二组金属连接带电性连接并形成第二组辐射单元。
请再次参考图1至图5b，第一组微带指数渐变巴伦与第二组微带指数渐变巴伦通过SMA连接器35、36与信号源相连。所述第一组正弦形金属臂和第二组正弦形金属臂均由在第一介质基板10上的对数正弦曲线15以第一介质基板10的中轴线为中心分别旋转角度±δ所得两条曲线包围而成。以对数正弦曲线为基础构造的正弦天线具有非频变特性。对数正弦曲线的定义如下式所示：
其中r，和z为正弦曲线的柱坐标，H为介质基板圆锥的高度，p为正弦曲线段数的编号，αp为每一段正弦曲线的角宽度，τp为相邻两段正弦曲线的外半径的比值，即满足关系τp＝Rp+1/Rp。
请同时参考图2a-图2c，第一组正弦形金属臂和第二组正弦形金属臂均包括以第一介质基板10的中轴线为对称轴对称的两个正弦形金属臂11、12、13、14。
请同时参考图4a-图4c，第二介质基板20形成馈电连接片，第二介质基板20上设有连接槽29，第三介质基板30的顶端插入连接槽29中。第一组金属连接带包括两第一金属连接带21、23，第一金属连接带包括金属连接段与扇形部分，第一金属连接带的金属连接段与所述第三介质基板30上的第一组微带指数渐变巴伦相连，第一金属连接带的扇形部分与所述第一组正弦形金属臂相应的正弦形金属臂相连。扇形部分的角宽度与对应的正弦形金属臂11、13的角宽度一致。
请同时参考图4a-图4c，第二组金属连接带包括两第二金属连接带，所述第二金属连接带包括金属连接段与扇形部分，所述第二金属连接带上的金属连接段与所述第三介质基板30上的第二组微带指数渐变巴伦相连，所述第二金属连接带的扇形部分与所述第二组正弦形金属臂相应的正弦形金属臂相连，且第二介质基板20上设有两金属化过孔25、26，所述第二金属连接带上的金属连接段通过所述金属化过孔25、26并在第二介质基板20的上表面形成有两弧形段27、28，所述弧形段27、28通过所述金属化过孔25、26与第二金属连接带的金属连接段相连。扇形部分的角宽度与对应的正弦形金属臂12、14的角宽度一致。同时，金属连接带采用了非对称结构，以保证两条相对的正弦形金属臂上电流相位的一致性。
第三介质基板30正面上设有第一巴伦金属带31和第三巴伦金属带34，反面上设有第二巴伦金属带33和第四巴伦金属带32，且每一条金属带均由两段宽度以指数形式渐变的直线渐变段和两段宽度固定的圆弧过渡段构成，所述第一巴伦金属带31和第二巴伦金属带33构成第一组微带指数渐变巴伦，所述第三巴伦金属带34和第四巴伦金属带32构成第二组微带指数渐变巴伦。
两组微带指数渐变巴伦的微带线端分别与SMA连接器35、36的内芯和外导体连接，而平行双线端则分别与馈电连接片的圆弧段连接，馈电连接片的四个金属连接带的扇形部分与四条正弦形金属臂分别连接在一起，最终在四条正弦形金属臂上分别激励出幅度相等的平衡信号。具体来说，在SMA连接器35接入一路非平衡信号时，经由内芯、第一巴伦金属带31、馈电连接片的金属连接带21、正弦金属臂11和经由外导体、第二巴伦金属带33、馈电连接片金属带23、正弦金属臂13转换为一对幅度相等相位相反的平衡信号；在SMA连接器36接入另一路非平衡信号时，经由内芯、第三巴伦金属带34、馈电连接片金属带圆弧段28、金属化过孔26、馈电连接片的扇形部分24、正弦金属臂14和经由外导体、第四巴伦金属带32、馈电连接片金属带圆弧段27、金属化过孔25、馈电连接片金属带扇形部分22、正弦金属臂12转换为另一对幅度相等相位相反的平衡信号。
同时，本发明还提供一种使用本发明圆锥形四臂正弦天线的极化调整方法，第一组微带指数渐变巴伦及第二组微带指数渐变巴伦相连的信号源分别接入非平衡信号，调整接入信号的幅度和相位以调整极化方式。
第一组微带指数渐变巴伦接入的非平衡信号的幅度为零时辐射x方向线极化波；第二组微带指数渐变巴伦接入的非平衡信号的幅度为零时辐射y方向线极化波；第一组微带指数渐变巴伦和第二组微带指数渐变巴伦接入的非平衡信号的幅度相等，且第一组微带指数渐变巴伦接入的非平衡信号的相位超前于第二组微带指数渐变巴伦接入的非平衡信号的相位90°时，辐射左旋圆极化波；第一组微带指数渐变巴伦和第二组微带指数渐变巴伦接入的非平衡信号的幅度相等，且第一组微带指数渐变巴伦接入的非平衡信号的相位滞后于第二组微带指数渐变巴伦接入的非平衡信号的相位90°时，辐射右旋圆极化波；第一组微带指数渐变巴伦接入的非平衡信号的相位与第二组微带指数渐变巴伦接入的非平衡信号的相位相同或相差180°时，同时辐射x方向线极化波和y方向线极化波；同时，所述极化控制方法在两组微带指数渐变巴伦接入工作频带与所述圆锥形四臂正弦天线工作频率一致的正交定向耦合器，并在该正交定向耦合器的两个输入端激励两路等幅同相的信号时，所述圆锥形四臂正弦天线同时辐射左旋和右旋圆极化波。
微带指数渐变巴伦的结构如图5所示，分别用于向圆形馈电连接片上四组金属连接带提供平衡馈电并实现宽频带内阻抗变换。两组巴伦都由印刷在介质基板正反两面的两条指数渐变金属带组成，且每一条金属带均由两段宽度以指数形式渐变的直线渐变段和两段宽度固定的圆弧过渡段构成。其中第一巴伦金属带31和第二巴伦金属带33构成一组微带指数渐变巴伦，第四巴伦金属带32和第三巴伦金属带34构成另一组微带指数渐变巴伦。第一巴伦金属带31和第三巴伦金属带34印刷在第三介质基板30的正面，第四巴伦金属带32和第二巴伦金属带33印刷在第三介质基板30的反面。
依据前面描述的发明内容和实施方式，给出一种具体的实施例。正弦形金属臂、馈电连接片和微带指数渐变巴伦的介质基板均采用相对介电常数为2.2的Rogers 5880，正弦形金属臂和馈电连接片的介质基板的厚度为0.254mm，微带指数渐变巴伦的介质基板的厚度为0.787mm。圆锥形四臂正弦天线的主要结构参数如表1所列。需要指出的是，构造正弦形金属臂的对数正弦曲线的总段数为12端，各段对数正弦曲线的角宽度相同但半径变化率采用线性变化的形式，即αp＝α，τp＝τ1-Δτ·(p-1)。
表1 圆锥形四臂正弦天线的主要结构参数
性能分析
利用全波电磁仿真软件ANSYS HFSS 15.0对上述实施例在不同极化方式下的电压驻波比、轴比、增益和辐射方向图等进行仿真计算。根据前述的圆锥形四臂正弦天线辐射不同极化电磁波的工作原理并结合图6可知，当从SMA接头(35)输入信号时，正弦金属臂(11)和(13)被激励，天线辐射y方向的线极化波；当从SMA接头(36)输入信号时，正弦金属臂(12)和(14)被激励，天线辐射x方向的线极化波；当从SMA接头(35)和(36)同时输入幅度相等而相位正交的两个信号时，四条正弦金属臂同时被激励，天线辐射左旋或右旋圆极化波。
由图7所示的电压驻波比(VSWR)曲线可以看出，当本发明的圆锥形四臂正弦天线从SMA接头36输入信号时，端口的电压驻波比曲线(特性阻抗为50Ω)在0.8～3.2GHz内均小于2。由图8所示的锥顶方向的实际增益(考虑端口反射损耗后的增益，Realized Gain)曲线可以看出，x极化分量为主极化分量而y极化分量为交叉极化分量，且在0.85～3.2GHz内主极化分量的实际增益为5.4～7.6dB而交叉极化分量的实际增益小于-7dB。由图9所示的不同频点下的三维辐射方向图可以看出，天线具有明显的单向辐射特性，且在1～3GHz内方向图较为稳定。
由图10所示的电压驻波比曲线可以看出，当本发明的圆锥形四臂正弦天线从SMA接头35输入信号时，端口的电压驻波比曲线(特性阻抗为50Ω)在0.8～3.2GHz内均小于2.1。由图11所示的锥顶方向的实际增益曲线可以看出，y极化分量为主极化分量而x极化分量为交叉极化分量，且在0.9～3GHz内主极化分量的实际增益为6～8dB而交叉极化分量的实际增益小于-5dB。由图12所示的不同频点下的三维辐射方向图可以看出，天线具有明显的单向辐射特性，且在1～3GHz内方向图较为稳定。
由图13所示的有源电压驻波比(Active VSWR)曲线可以看出，当本发明的圆锥形四臂正弦天线从SMA接头35和36分别输入信号I和Ie j90°时，端口的有源电压驻波比曲线(特性阻抗为50Ω)在0.8～3.2GHz内均小于2。由图14所示的锥顶方向的轴比(Axial Ratio)曲线可以看出，在0.81～3GHz内轴比均小于4dB。由图15所示的锥顶方向的增益曲线可以看出，左旋圆极化分量为主极化分量而右旋圆极化分量为交叉极化分量，且在0.82～3GHz内主极化分量的增益为6～8dB而交叉极化分量的增益小于-5dB。由图16所示的不同频点下的三维辐射方向图可以看出，天线具有明显的单向辐射和宽波束特性，且在1～3GHz内方向图较为稳定。
由图17所示的有源电压驻波比曲线可以看出，当本发明的圆锥形四臂正弦天线从SMA接头(35)和(36)分别输入信号I和Ie-j90°时，端口的有源电压驻波比(特性阻抗为50Ω)曲线在0.8～3.2GHz内均小于2.5。由图18所示的锥顶方向的轴比曲线可以看出，在0.8～3.2GHz内轴比均小于4dB。由图19所示的锥顶方向的增益曲线可以看出，右旋圆极化分量为主极化分量而左旋圆极化分量为交叉极化分量，且在0.8～3GHz内主极化分量的增益为5～7.5dB而交叉极化分量的增益小于-7dB。由图20所示的不同频点下的三维辐射方向图可以看出，天线具有明显的单向辐射和宽波束特性，且在1～3GHz内方向图较为稳定。
综上所述，本发明所涉及的圆锥形四臂正弦天线能够在0.85～3GHz频率范围内有效地单向辐射线极化波或圆极化波，在该宽频带内与特性阻抗为50Ω的同轴电缆保持良好匹配，并保持良好的远场辐射方向图。本发明所涉及的圆锥形四臂正弦天线与现有的圆锥螺旋天线相比，具有极化灵活可控的优点；与现有的平面四臂正弦天线相比，具有更高的增益，且具有流线型的外形轮廓。本发明所涉及的圆锥形四臂正弦天线可应用于雷达、通信、射电天文学等领域。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种圆锥形四臂正弦天线，其特征在于：其包括，
第一介质基板、第二介质基板与第三介质基板，其中第一介质基板为中空的圆锥台，第二介质基板为圆形，第二介质基板组设于所述第一介质基板顶端，并且所述第一介质基板和第二介质基板共同形成一无底面的圆锥台，同时，所述第三介质基板收容于所述无底面的圆锥台中，并且所述第二介质基板上设有连接槽，所述第三介质基板的顶端插入连接槽中；
所述第一介质基板外表面设有第一组正弦形金属臂，所述第一介质基板内表面设有第二组正弦形金属臂；
所述第二介质基板上表面设有第一组金属连接带，所述第二介质基板下表面第二组金属连接带；
所述第三介质基板上设有第一组微带指数渐变巴伦及第二组微带指数渐变巴伦，且所述第一组微带指数渐变巴伦及第二组微带指数渐变巴伦分别与相应的信号源相连；同时，
所述第一组正弦形金属臂与所述第一组微带指数渐变巴伦通过所述第一组金属连接带电性连接并形成第一组辐射单元，所述第二组正弦形金属臂与所述第二组微带指数渐变巴伦通过所述第二组金属连接带电性连接并形成第二组辐射单元。
2.如权利要求1所述的一种圆锥形四臂正弦天线，其特征在于：所述第一组正弦形金属臂和第二组正弦形金属臂均由在第一介质基板上的对数正弦曲线以第一介质基板的中轴线为中心分别旋转角度±δ所得两条曲线包围而成；所述第一组正弦形金属臂和第二组正弦形金属臂均包括以第一介质基板的中轴线为对称轴对称的两正弦形金属臂。
3.如权利要求2所述的一种圆锥形四臂正弦天线，其特征在于：所述第三
介质基板正面上设有第一巴伦金属带和第三巴伦金属带，反面上设有第二巴伦金属带和第四巴伦金属带，且每一条金属带均由两段宽度以指数形式渐变的直线渐变段和两段宽度固定的圆弧过渡段构成；所述第一巴伦金属带和第二巴伦金属带构成第一组微带指数渐变巴伦，所述第三巴伦金属带和第四巴伦金属带构成第二组微带指数渐变巴伦，且所述第一组微带指数渐变巴伦与第二组微带指数渐变巴伦均通过SMA连接器与信号源相连。
4.如权利要求1-3任意一项所述的一种圆锥形四臂正弦天线，其特征在于：所述第一组金属连接带包括两第一金属连接带，所述第一金属连接带包括金属连接段与扇形部分，所述第一金属连接带的金属连接段与所述第三介质基板上的第一组微带指数渐变巴伦相连，所述第一金属连接带的扇形部分与所述第一组正弦形金属臂相应的正弦形金属臂相连。
5.如权利要求1-3任意一项所述的一种圆锥形四臂正弦天线，其特征在于：所述第二组金属连接带包括两第二金属连接带，所述第二金属连接带包括金属连接段与扇形部分，所述第二金属连接带上的金属连接段与所述第三介质基板上的第二组微带指数渐变巴伦相连，所述第二金属连接带的扇形部分与所述第二组正弦形金属臂相应的正弦形金属臂相连，且所述第二介质基板上设有两金属化过孔，所述第二金属连接带上的金属连接段通过所述金属化过孔，并在所述第二介质基板的上表面印刷有两弧形段，所述弧形段通过所述金属化过孔与所述第二金属连接带的金属连接段相连。
6.如权利要求1-3任意一项所述的一种圆锥形四臂正弦天线的极化控制方法，其特征在于：所述第一组微带指数渐变巴伦及第二组微带指数渐变巴伦相连的信号源分别接入非平衡信号，调整接入信号的幅度和相位以调整极化方式。
7.如权利要求6所述的一种圆锥形四臂正弦天线的极化控制方法，其特征
在于：第一组微带指数渐变巴伦接入的非平衡信号的幅度为零时辐射x方向线极化波；
第二组微带指数渐变巴伦接入的非平衡信号的幅度为零时辐射y方向线极化波；
第一组微带指数渐变巴伦和第二组微带指数渐变巴伦接入的非平衡信号的幅度相等，且第一组微带指数渐变巴伦接入的非平衡信号的相位超前于第二组微带指数渐变巴伦接入的非平衡信号的相位90°时，辐射左旋圆极化波；
第一组微带指数渐变巴伦和第二组微带指数渐变巴伦接入的非平衡信号的幅度相等，且第一组微带指数渐变巴伦接入的非平衡信号的相位滞后于第二组微带指数渐变巴伦接入的非平衡信号的相位90°时，辐射右旋圆极化波；
第一组微带指数渐变巴伦接入的非平衡信号的相位与第二组微带指数渐变巴伦接入的非平衡信号的相位相同或相差180°时，同时辐射x方向线极化波和y方向线极化波。
8.如权利要求6所述的一种圆锥形四臂正弦天线的极化控制方法，其特征在于：同时，所述极化控制方法在两组微带指数渐变巴伦接入工作频带与所述圆锥形四臂正弦天线工作频率一致的正交定向耦合器，并在该正交定向耦合器的两个输入端激励两路等幅同相的信号时，所述圆锥形四臂正弦天线同时辐射左旋和右旋圆极化波。
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Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106329141A (zh) * | 2016-10-17 | 2017-01-11 | 复旦大学 | P波段双圆极化螺旋天线 |
| CN107910649A (zh) * | 2017-10-25 | 2018-04-13 | 湖北三江航天险峰电子信息有限公司 | 一种小型s/c双波段平面锥螺旋复合天线 |
| CN108010443A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-05-08 | 浙江海洋大学 | 一种演播室用无线信号返看接收屏 |
| CN108232447A (zh) * | 2018-02-28 | 2018-06-29 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种用于自补结构天线的阻抗变换器 |
| CN108963426A (zh) * | 2018-08-22 | 2018-12-07 | 江苏携尔泰智能设备科技有限公司 | 一种宽频带rfid读写器天线 |
| CN109786981A (zh) * | 2019-03-05 | 2019-05-21 | 深圳市摩尔环宇通信技术有限公司 | 一种5g毫米波耦合板及其设计方法和装置以及设备 |
| CN110085982A (zh) * | 2019-05-15 | 2019-08-02 | 中山香山微波科技有限公司 | 超宽带双极化天线及其制作方法 |
| WO2020073321A1 (zh) * | 2018-10-12 | 2020-04-16 | 华为技术有限公司 | 一种天线及无线设备 |
| CN111146572A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-05-12 | 中国电波传播研究所（中国电子科技集团公司第二十二研究所） | 一种折合式圆极化反射阵天线 |
| CN112821085A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-18 | 中南大学 | 一种基于afss的多频段可调谐宽带吸波体 |
-
2015
- 2015-02-09 CN CN201510067657.4A patent/CN104638359B/zh active Active
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| THORSTEN W.HERTEL等: ""Analysis and Design of Two-Arm Conical Spiral Antennas"", 《IEEE TRANSACTIONS ON ELECTROMAGNETIC COMPATIBILTY》 * |
| 宋立众等: ""微带巴伦馈电圆锥正弦天线设计与实验"", 《电波科学学报》 * |
| 张海生: ""宽频带比幅比相测向系统天线的设计"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》 * |
| 陈振华: ""超宽带平面正弦天线的研究与设计"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》 * |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106329141A (zh) * | 2016-10-17 | 2017-01-11 | 复旦大学 | P波段双圆极化螺旋天线 |
| CN107910649A (zh) * | 2017-10-25 | 2018-04-13 | 湖北三江航天险峰电子信息有限公司 | 一种小型s/c双波段平面锥螺旋复合天线 |
| CN108010443A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-05-08 | 浙江海洋大学 | 一种演播室用无线信号返看接收屏 |
| CN108232447A (zh) * | 2018-02-28 | 2018-06-29 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种用于自补结构天线的阻抗变换器 |
| CN108232447B (zh) * | 2018-02-28 | 2023-09-15 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种用于自补结构天线的阻抗变换器 |
| CN108963426A (zh) * | 2018-08-22 | 2018-12-07 | 江苏携尔泰智能设备科技有限公司 | 一种宽频带rfid读写器天线 |
| CN112823447A (zh) * | 2018-10-12 | 2021-05-18 | 华为技术有限公司 | 一种天线及无线设备 |
| WO2020073321A1 (zh) * | 2018-10-12 | 2020-04-16 | 华为技术有限公司 | 一种天线及无线设备 |
| US11217882B2 (en) | 2018-10-12 | 2022-01-04 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Antenna and wireless device |
| CN112823447B (zh) * | 2018-10-12 | 2022-04-05 | 华为技术有限公司 | 一种天线及无线设备 |
| CN109786981A (zh) * | 2019-03-05 | 2019-05-21 | 深圳市摩尔环宇通信技术有限公司 | 一种5g毫米波耦合板及其设计方法和装置以及设备 |
| CN110085982A (zh) * | 2019-05-15 | 2019-08-02 | 中山香山微波科技有限公司 | 超宽带双极化天线及其制作方法 |
| CN110085982B (zh) * | 2019-05-15 | 2024-03-15 | 中山香山微波科技有限公司 | 超宽带双极化天线及其制作方法 |
| CN111146572A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-05-12 | 中国电波传播研究所（中国电子科技集团公司第二十二研究所） | 一种折合式圆极化反射阵天线 |
| CN112821085A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-18 | 中南大学 | 一种基于afss的多频段可调谐宽带吸波体 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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