CN108023170A - 频率可重构的液态金属螺旋天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种频率可重构的液态金属螺旋天线，包括接地板（1），其特征在于：在所述的接地板（1）上设置有导体带条（2），导体带条（2）同时与螺旋辐射体A和螺旋辐射体B的起始端相连，螺旋辐射体A与导体带条（2）的接触点为a，螺旋辐射体B与导体带条（2）的接触点为b，a点与接地板（1）之间的距离为Ha，b点与接地板（1）之间的距离为Hb，所述的螺旋辐射体A和螺旋辐射体B均由聚四氟乙烯管形成，与每个螺旋辐射体的起始端还分别连接有与泵体相连的管路，泵体能够将储罐中的液态金属镓铟合金分别泵送到两个螺旋辐射体中。
Description
技术领域
本发明涉及一种螺旋天线，特别是一种频率可重构的液态金属螺旋天线。
背景技术
天线是无线通信系统中非常重要的部分。随着通信系统中天线的数量的增加，如何提高通信系统的电磁兼容性是新的挑战。在相关领域技术人员的努力下，可重构天线应运而生，可重构天线与传统的天线相比，可以通过动态改变天线物理结构或尺寸的方式，让一个天线具有多个天线的功能。可重构天线又分频率可重构、极化可重构和方向性图可重构等。2009年，应用液态金属镓铟合金（Eutectic gallium- indium, EGaIn）制备天线为可重构天线的实现开辟了新的途径，这种液态金属不仅能很好地接受信号，而且反复弯折也不会导致材料“疲劳”，具有自我修复能力，因此具备了实现可重构天线的特质。
但是传统的液态金属的天线，其对应的频率均为固定的，不可变的，这样在使用时就存在着较大的局限性，因此现在需要一种能够解决上述问题的方法或装置。
发明内容
本发明是为了解决现有技术所存在的上述不足，提出一种结构简单，设计巧妙，且频率可重构的液态金属螺旋天线。
本发明的技术解决方案是：一种频率可重构的液态金属螺旋天线，包括接地板1，其特征在于：在所述的接地板1上设置有导体带条2，导体带条2同时与螺旋辐射体A和螺旋辐射体B的起始端相连，螺旋辐射体A与导体带条2的接触点为a，螺旋辐射体B与导体带条2的接触点为b，a点与接地板1之间的距离为Ha，b点与接地板1之间的距离为Hb，所述的螺旋辐射体A和螺旋辐射体B均由聚四氟乙烯管形成，与每个螺旋辐射体的起始端还分别连接有与泵体相连的管路，泵体能够将储罐中的液态金属镓铟合金分别泵送到两个螺旋辐射体中，
螺旋辐射体A和螺旋辐射体B的参数方程一样，均为：
其中R为螺旋辐射体的顶面半径，R’为螺旋辐射体的底面半径，α0为起始升角，α1为终止升角，N为螺旋圈数，t为螺旋管环绕过程中的弧度变化，其取值范围是（0，2πN），
所述的导体带条2为矩形，在导体带条2上设置有同样为矩形的折痕线3，且折痕线3所形成的矩形与导体带条2形成的矩形为相似矩形。
所述螺旋辐射体的底面直径为D，螺旋辐射体中心频率所对应的波长为，且D/=0.25-0.42。
所述螺旋辐射体A的底面半径RA’为33mm，顶面半径RA为4mm，螺旋辐射体A的中心频率为1600MHz，Ha为13mm，螺旋圈数N为4，与螺旋辐射体A匹配的导体带条2的宽度记为Wp，长度记为Lp，Wp为28mm，Lp为24.8mm。
所述螺旋辐射体A的底面半径RB’为20mm，顶面半径RB为12.8mm，螺旋辐射体A的中心频率为2480MHz，Hb为15mm，螺旋圈数N为4，与螺旋辐射体B匹配的导体带条2的宽度记为Wp’，长度记为Lp’，Wp’为16mm，Lp’为13mm。
本发明同现有技术相比，具有如下优点：
本种结构形式的新型锥形螺旋天线，其结构简单，设计巧妙，布局合理，它在传统结构锥形螺旋天线的基础上做出改进，一方面它根据螺旋天线的各项参数限定出螺旋天线的整体高度范围，这样通过对螺旋升角和螺旋天线顶面半径的比例关系调整，使螺旋天线的圆极化辐射特性达到最优值；另一方面，它巧妙的利用液态金属可流动的特性和聚四氟乙烯的高润滑、不粘的特性，配合以管路和泵体，可分别在两个空腔的螺旋辐射体中填充液态金属，并与不同规格的导体带条匹配，以形成不同中心频率的天线；由于它具备了这种中心频率可重构的功能，因此可应用于卫星导航系统包括GPS，GLONASS，BDS-2B1，BDS-1S系统等，同时它还具有小体积、高增益、可重构、易于保密等特点；因此可以说这种新型锥形螺旋天线具备了多种优点，特别适合于在本领域中推广应用，其市场前景十分广阔。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为本发明实施例中导体带条部分的两种状态示意图。
图3为反射系数随频率变化的曲线。
图4为轴比随频率变化的曲线。
图5为增益随频率变化的曲线。
图6为天线的左旋和右旋方向性图。
图6(a) 中心频率1600MHz的xoz平面
图6 (b) 中心频率1600MHz的yoz平面
图6（c）中心频率2480MHz的xoz平面
图6（d）中心频率2480MHz的yoz平面。
具体实施方式
下面将结合附图说明本发明的具体实施方式。如图1至图6所示：一种频率可重构的液态金属螺旋天线，包括接地板1，在接地板1上设置有导体带条2，导体带条2同时与螺旋辐射体A和螺旋辐射体B的起始端相连，螺旋辐射体A与导体带条2的接触点为a，螺旋辐射体B与导体带条2的接触点为b，a点与接地板1之间的距离为Ha，b点与接地板1之间的距离为Hb，所述的螺旋辐射体A和螺旋辐射体B均由聚四氟乙烯管形成，与每个螺旋辐射体的起始端还分别连接有与泵体相连的管路，泵体能够将储罐中的液态金属镓铟合金分别泵送到两个螺旋辐射体中，
螺旋辐射体A和螺旋辐射体B的参数方程一样，均为：
其中R为螺旋辐射体的顶面半径，R’为螺旋辐射体的底面半径，α0为起始升角，α1为终止升角，N为螺旋圈数，t为螺旋管环绕过程中的弧度变化，其取值范围是（0，2πN），
所述的导体带条2为矩形，在导体带条2上设置有同样为矩形的折痕线3，且折痕线3所形成的矩形与导体带条2形成的矩形为相似矩形，沿着折痕线3进行折叠或打开，能够让导体带条2形成两种不同规格的矩形；
所述螺旋辐射体的底面直径为D，螺旋辐射体中心频率所对应的波长为，且D/ =0.25-0.42。
所述螺旋辐射体A的底面半径RA’为33mm，顶面半径RA为4mm，螺旋辐射体A的中心频率为1600MHz，Ha为13mm，螺旋圈数N为4，与螺旋辐射体A匹配的导体带条2的宽度记为Wp，长度记为Lp，Wp为28mm，Lp为24.8mm。
所述螺旋辐射体A的底面半径RB’为20mm，顶面半径RB为12.8mm，螺旋辐射体A的中心频率为2480MHz，Hb为15mm，螺旋圈数N为4，与螺旋辐射体B匹配的导体带条2的宽度记为Wp’，长度记为Lp’，Wp’为16mm，Lp’为13mm。
本发明实施例的螺旋天线，其反射系数会随频率变化而变化，如图3所示，反射系数<-15dB的频率分别覆盖两个频段。可见，在GPS L1、GLONASS L1、BDS-2B1和BDS-1S工作频带范围内，输入取得了良好的阻抗匹配。
图4、5分别为轴比随频率变化规律和增益随频率变化规律。从图中可以看出在设计的两个频段内轴比均小于3dB；增益均高于3dBi。
本发明实施例的螺旋天线为右旋圆极化，其左旋（LHCP）与右旋（RHCP）圆极化场的仿真方向性图如图6（a）（b）（c）（d）所示。其中（a）、（b）为中心频率1600MHz的xoz平面和yoz平面的右旋圆极化场的仿真方向图。（c）、（d）为中心频率为2492MHz的xoz平面和yoz平面的右旋圆极化场的仿真方向图。从图中可以看出xoz平面和yoz平面的交叉极化隔离度均超过15dB，达到了实际工程要求。
Claims (4)
1.一种频率可重构的液态金属螺旋天线，包括接地板（1），其特征在于：在所述的接地板（1）上设置有导体带条（2），导体带条（2）同时与螺旋辐射体A和螺旋辐射体B的起始端相连，螺旋辐射体A与导体带条（2）的接触点为a，螺旋辐射体B与导体带条（2）的接触点为b，a点与接地板（1）之间的距离为Ha，b点与接地板（1）之间的距离为Hb，所述的螺旋辐射体A和螺旋辐射体B均由聚四氟乙烯管形成，与每个螺旋辐射体的起始端还分别连接有与泵体相连的管路，泵体能够将储罐中的液态金属镓铟合金分别泵送到两个螺旋辐射体中，
螺旋辐射体A和螺旋辐射体B的参数方程一样，均为：
其中R为螺旋辐射体的顶面半径，R’为螺旋辐射体的底面半径，α0为起始升角，α1为终止升角，N为螺旋圈数，t为螺旋管环绕过程中的弧度变化，其取值范围是（0，2πN），
所述的导体带条（2）为矩形，在导体带条（2）上设置有同样为矩形的折痕线（3），且折痕线（3）所形成的矩形与导体带条（2）形成的矩形为相似矩形。
2.根据权利要求1所述的频率可重构的液态金属螺旋天线，其特征在于：所述螺旋辐射体的底面直径为D，螺旋辐射体中心频率所对应的波长为，且D/=0.25-0.42。
3.根据权利要求1所述的频率可重构的液态金属螺旋天线，其特征在于：所述螺旋辐射体A的底面半径RA’为33mm，顶面半径RA为4mm，螺旋辐射体A的中心频率为1600MHz，Ha为13mm，螺旋圈数N为4，与螺旋辐射体A匹配的导体带条（2）的宽度记为Wp，长度记为Lp，Wp为28mm，Lp为24.8mm。
4.根据权利要求1所述的频率可重构的液态金属螺旋天线，其特征在于：所述螺旋辐射体A的底面半径RB’为20mm，顶面半径RB为12.8mm，螺旋辐射体A的中心频率为2480MHz，Hb为15mm，螺旋圈数N为4，与螺旋辐射体B匹配的导体带条（2）的宽度记为Wp’，长度记为Lp’，Wp’为16mm，Lp’为13mm。
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