CN105098340A - 一种小型化宽带螺旋天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型化宽带螺旋天线，它包含整体为中空管状结构的金属腔(4)，该金属腔(4)的内壁上设置有第一吸波材料层(3)，其内部设置有馈电巴伦(5)，所述金属腔(4)的上端面处固定有天线层(1)，其下端面处固定有金属后盖(6)，所述天线层(1)的底部设置有第二吸波材料层(2)，所述的馈电巴伦(5)的顶部向上延伸出与平面螺旋天线(9)接触的馈电缝隙(11)，其底部设有馈电接头(7)。本发明采用平面螺旋天线和层状吸波材料构成辐射器，并在金属腔内壁贴层状吸波材料，同时实现了宽带、圆极化和小型化设计；有效减小馈电巴伦和辐射器之间的反射，改善天线的驻波特性。

Description

一种小型化宽带螺旋天线

技术领域

本发明涉及微波与天线技术领域，具体涉及一种小型化宽带螺旋天线。

背景技术

随着超宽带通信技术、通信侦察和电子战技术的不断发展，小型化宽带圆极化螺旋天线越来越受到关注。在这些应用系统中一般都要求天线同时具有数个倍频程的带宽、良好的圆极化特性以及小型化特征。

作为一种非频变天线，螺旋天线在此类天线的设计上得到广泛应用，平面等角螺旋天线和阿基米德螺旋天线是两种基本的平面螺旋天线。在许多设计要求中一般都希望螺旋天线同时满足宽频带、圆极化和小型化特征。在公告号为CN103956581A“一种阿基米德螺旋天线制作方法”的专利中，通过指数螺卷线和正弦波曲折臂阿基米德螺旋线的综合设计使平面螺旋天线小型化，天线口径仅为0.28个最大工作波长。然而，该天线在低频段和高频段的增益很低，有待进一步改进。在公告号为CN104022360A“复合结构平面螺旋天线”的专利中，将平面等角螺旋天线和阿基米德螺旋天线相结合，从而在2～18GHz的频带内实现圆极化和小型化，天线口径为0.33个最大工作波长。然而，该天线没有使用反射腔，在实际中并不好应用，若加上反射腔，其尺寸会有所增加。同时，该天线在高频段方向图畸变严重，只能在较小的角度范围内保持较低的轴比。在公告号为CN101394020A“带背腔的超宽带平面螺旋天线”的专利中，采用抛物面曲面的金属背腔设计超宽带的平面螺旋天线，在较宽的频带是实现了高增益，但是并没有对天线的圆极化特性进行讨论，也没有讨论天线的小型化问题。在公告号为CN201570581U“一种超宽带圆极化天线”的专利中，采用阿基米德螺旋线结构的辐射器，反射腔内壁覆盖锥尖状吸波材料，在反射腔底部覆盖圆台状吸波材料，从而解决了阿基米德螺旋天线的后向辐射和辐射效率问题。但是，该天线尺寸较大，未考虑天线的小型化问题。在公告号为CN103490153A“超小型超宽带螺旋天线”的专利中，采用平面螺旋线和纵向螺旋线，两种螺旋线上采用电阻与金属腔相连，并在反射腔中填充圆台状吸波材料，兼顾了宽带化、圆极化和小型化。然而，该天线结构复杂，加工制作难度大。

发明内容

本发明目的是提供一种小型化宽带螺旋天线，它能有效地解决背景技术中所存在的问题。

为了解决背景技术中所存在的问题，它包含整体为中空管状结构的金属腔4，该金属腔4的内壁上设置有第一吸波材料层3，其内部设置有馈电巴伦5，所述金属腔4的上端面处固定有天线层1，其下端面处固定有金属后盖6，所述天线层1的底部设置有第二吸波材料层2，所述的馈电巴伦5的顶部向上延伸出与平面螺旋天线9接触的馈电缝隙11，其底部设有馈电接头7，所述馈电接头7的另一端延伸出金属后盖6，所述的天线层1整体由介质材料加工制作而成，其内部设置有平面螺旋天线9，所述的馈电缝隙11位于天线层1的中部，该馈电缝隙11的两侧与平面螺旋天线9的端部的梯形过渡结构10接触；所述的金属后盖6整体为一个盘片式结构，其上顶面向上延伸出与其同心的圆柱环21，该圆柱环21上径向开设有槽20；所述的馈电巴伦5整体为由介质材料加工制作而成，其内部设置有与其同心的指数指数渐变地结构17，其中部设有与其同心的指数渐变微带结构18，所述指数渐变地结构17在不平衡端设置有矩形金属层19，该矩形金属层19的两端向馈电巴伦5的两侧延展至其边缘处附近。

所述金属腔4上下两端的外圆面处分别周向设置有一圈与其同心的第一连接凸台41和第二连接凸台42，所述天线层1的外圆面处分别周向设置有一圈与第一连接凸台41对接的第一固定凸台22，所述金属后盖6外圆面处分别周向设置有一圈与第二连接凸台42对接的第二固定凸台23。

所述的平面螺旋结构9为自补偿平面等角螺旋或自补偿平面阿基米德螺旋中的一种。

所述的梯形过渡结构10为两侧是圆弧的梯形，所述馈电巴伦5的两片导线分别焊接在其两侧。

由于采用了以上技术方案，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明采用平面螺旋天线和层状吸波材料构成辐射器，并在金属腔内壁贴层状吸波材料，同时实现了宽带、圆极化和小型化设计；

(2)本发明在馈电巴伦与平面螺旋天线之间采用两侧是圆弧的梯形过渡，有效减小馈电巴伦和辐射器之间的反射，改善天线的驻波特性；

(3)本发明在工作带宽上，在上半空间较大的角度范围内保持了良好的圆极化特性；

(4)本发明结构尺寸在包括金属腔和安装孔后小于0.4个最大工作波长，实现了小型化，即可独立使用，又可进行灵活的组阵；

(5)采用了最简单的平面螺旋天线形式，未采用电阻加载、复杂的螺旋结构、特别设计的金属背腔和各种形状的吸波材料填充等设计手段，结构简单、易于加工实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明，下面将结合附图对实施例作简单的介绍。

图1是本发明的立体图；

图2是图1的剖视图；

图3是本发明中平面螺旋俯视图；

图4是本发明中馈电巴伦的结构示意图；

图5是本发明中后盖的立体图；

图6是本发明中后盖的俯视图；

图7是本发明的端口电压驻波比示意图；

图8是本发明在不同频率上轴比示意图；

图9是本发明在频带内的增益。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

参看图1-9，一种小型化宽带螺旋天线，它包含整体为中空管状结构的金属腔4，该金属腔4的内壁上设置有第一吸波材料层3，其内部设置有馈电巴伦5，所述金属腔4的上端面处固定有天线层1，其下端面处固定有金属后盖6，所述天线层1的底部设置有第二吸波材料层2，所述的馈电巴伦5的顶部向上延伸出与平面螺旋天线9接触的馈电缝隙11，其底部设有馈电接头7，所述馈电接头7的另一端延伸出金属后盖6，所述的天线层1整体由介质材料加工制作而成，其内部设置有平面螺旋天线9，所述的馈电缝隙11位于天线层1的中部，该馈电缝隙11的两侧与平面螺旋天线9的端部的梯形过渡结构10接触；所述的金属后盖6整体为一个盘片式结构，其上顶面向上延伸出与其同心的圆柱环21，该圆柱环21上径向开设有槽20；所述的馈电巴伦5整体为由介质材料加工制作而成，其内部设置有与其同心的指数指数渐变地结构17，其中部设有与其同心的指数渐变微带结构18，所述指数渐变地结构17在不平衡端设置有矩形金属层19，该矩形金属层19的两端向馈电巴伦5的两侧延展至其边缘处附近。

所述金属腔4上下两端的外圆面处分别周向设置有一圈与其同心的第一连接凸台41和第二连接凸台42，所述天线层1的外圆面处分别周向设置有一圈与第一连接凸台41对接的第一固定凸台22，所述金属后盖6外圆面处分别周向设置有一圈与第二连接凸台42对接的第二固定凸台23。

所述的平面螺旋结构9为自补偿平面等角螺旋或自补偿平面阿基米德螺旋中的一种。

所述的梯形过渡结构10为两侧是圆弧的梯形，所述馈电巴伦5的两片导线分别焊接在其两侧。

实施例2

参看图1-6，在本实施例中，实施例1中所述的金属腔4的壁厚为1mm，直径为25mm，第一连接凸台41和第二连接凸台42的半径为2.5mm，所述的天线层1整体由介质材料加工制作而成，介质材料采用相对介电常数2.2厚度0.787的介质材料，第二吸波材料层2的厚度为0.6mm；所述馈电巴伦5采用相对介电常数2.2厚度0.787的介质材料制作而成，馈电巴伦5采用了指数渐变线微带结构，馈电巴伦5与特征抗为50欧姆的馈电接头7连接，实现由不平衡馈电到平衡馈电的过渡，在平衡端，指数渐变地结构17以及指数渐变微带结构18的宽度均为0.9mm，指数渐变地结构17在不平衡端用宽度2mm的矩形金属层19向介质两侧延展到介质板边缘，用于将馈电巴伦5固定在后盖的开槽上并进行接地；所述的金属后盖6的厚度为3mm，金属后盖6外圆面处分别周向设置有一圈与第二连接凸台42对接的第二固定凸台23，所述圆柱环21的环高为2mm，厚度为2mm，圆柱环21上径向开设的槽20的宽度为0.8mm，用于协助固定馈电巴伦并接地。

在本实施例所述的一种小型化宽带螺旋天线中，利用了指数渐变线馈电巴伦5、梯形过渡结构10，通过与辐射器匹配连接，有效减小了天线的电压驻波比。通过利用辐射器背面的第二吸波材料层2和金属腔4内壁的第一吸波材料层3，有效减少了螺旋天线的后向辐射和交叉极化，本发明具有良好的圆极化特性。

图7给出了本实施例的端口电压驻波比，其中，横坐标为频率，纵坐标为电压驻波比，可以看出在整个频带内，电压驻波比小于2。

图8给出了本实施例在不同频率上的轴比，其中，横坐标为角度，纵坐标为轴比。从中可以看出，在所有频点上，轴比小于2对应的角度范围达到了120度，实现了优良的圆极化特性。

图9给出了本实施例频带内的增益，其中横坐标为频率，纵坐标为增益，可以看出，在大部分频率上实现了较高的增益。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种小型化宽带螺旋天线，其特征在于它包含整体为中空管状结构的金属腔(4)，该金属腔(4)的内壁上设置有第一吸波材料层(3)，其内部设置有馈电巴伦(5)，所述金属腔(4)的上端面处固定有天线层(1)，其下端面处固定有金属后盖(6)，所述天线层(1)的底部设置有第二吸波材料层(2)，所述的馈电巴伦(5)的顶部向上延伸出与平面螺旋天线(9)接触的馈电缝隙(11)，其底部设有馈电接头(7)，所述馈电接头(7)的另一端延伸出金属后盖(6)，所述的天线层(1)整体由介质材料加工制作而成，其内部设置有平面螺旋天线(9)，所述的馈电缝隙(11)位于天线层(1)的中部，该馈电缝隙(11)的两侧与平面螺旋天线(9)的端部的梯形过渡结构(10)接触；所述的金属后盖(6)整体为一个盘片式结构，其上顶面向上延伸出与其同心的圆柱环(21)，该圆柱环(21)上径向开设有槽(20)；所述的馈电巴伦(5)整体为由介质材料加工制作而成，其内部设置有与其同心的指数指数渐变地结构(17)，其中部设有与其同心的指数渐变微带结构(18)，所述指数渐变地结构(17)在不平衡端设置有矩形金属层(19)，该矩形金属层(19)的两端向馈电巴伦(5)的两侧延展至其边缘处附近。

2.根据权利要求1所述的一种小型化宽带螺旋天线，其特征在于所述金属腔(4)上下两端的外圆面处分别周向设置有一圈与其同心的第一连接凸台(41)和第二连接凸台(42)，所述天线层(1)的外圆面处分别周向设置有一圈与第一连接凸台(41)对接的第一固定凸台(22)，所述金属后盖(6)外圆面处分别周向设置有一圈与第二连接凸台(42)对接的第二固定凸台(23)。

3.根据权利要求1所述的一种小型化宽带螺旋天线，其特征在于所述的平面螺旋结构(9)为自补偿平面等角螺旋或自补偿平面阿基米德螺旋中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种小型化宽带螺旋天线，其特征在于所述的梯形过渡结构(10)为两侧是圆弧的梯形，所述馈电巴伦(5)的两片导线分别焊接在其两侧。