CN108258426A - 一种全向圆极化缝隙螺旋天线 - Google Patents

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马汉清
李鑫
王�锋
吴飞飞
李存龙
石俊峰
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    • H01Q13/10—Resonant slot antennas
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support

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Abstract

本发明涉及一种全向圆极化缝隙螺旋天线，包括同轴接头、阶梯变换结构、天线辐射体和匹配负载；在天线辐射体的两端分别连接一个阶梯变换结构，阶梯变换结构连接同轴接头，一个同轴接头连接匹配负载，另一个同轴接头与天线的激励相连。同现有全向圆极化天线加工安装方式相比，具有结构紧凑、加工简单的优点，能够满足相应的电气指标和结构强度要求。

Description

一种全向圆极化缝隙螺旋天线
技术领域
本发明属于天线技术领域，具体为一种全向圆极化缝隙螺旋天线，可应用于电子侦察、通信和广播领域的全向圆极化天线。该天线在实现全向圆极化辐射的基础上，具有结构简单、工作频带宽、极化纯度好等优点，可满足实际应用场景中的需求。
背景技术
随着应用场景的多样化和电磁环境的日益复杂，单一的线极化天线在很多场景下已经很难满足需求。圆极化天线因其良好的抗干扰和抑制雨雾等恶劣天气的能力，在电子对抗和通信指挥中获得了广泛的应用。在电子侦察、战场指挥和广播通信中，通常需要实现单点同时对多个目标的探测与通信，这就需要天线具有全向辐射特性。因此，对全向圆极化天线的需求愈发强烈。
本发明通过在类同轴结构外皮上加载螺旋状缝隙激励起两种正交模式，且相位相差90°，实现圆极化辐射。因为螺旋线固有的旋转对称特性，天线具有良好的全向辐射特性。
发明内容
要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是克服现有全向圆极化天线加工难度大、成本高且波束固定的缺点，提供一种结构紧凑、易于加工且能实现波束扫描的全向圆极化天线设计。
技术方案
一种全向圆极化缝隙螺旋天线，其特征在于包括同轴接头、阶梯变换结构、天线辐射体和匹配负载；在天线辐射体的两端分别连接一个阶梯变换结构，阶梯变换结构连接同轴接头，一个同轴接头连接匹配负载，另一个同轴接头与天线的激励相连；所述的阶梯变换结构包括阶梯状金属内芯、内外部分皆为阶梯状的空心圆柱介质和仅内部为阶梯状的金属外壳，空心圆柱介质外径与其内径之比保持恒定，金属内芯放置在空心圆柱介质内部，并与之完全贴合，金属外壳套在空心圆柱介质的外部并与天线辐射体的金属箔外皮电气连接；所述的天线辐射体采用类同轴结构，包括圆柱状金属内芯、金属箔外皮和空心圆柱介质，在金属箔外皮上加载一组螺旋状缝隙，通过调整螺旋状缝隙的半径、螺距和上升角，使得正交线极化波相位相差90°，形成圆极化。
有益效果
本发明提出的一种全向圆极化缝隙螺旋天线，同现有全向圆极化天线加工安装方式相比，具有结构紧凑、加工简单的优点，能够满足相应的电气指标和结构强度要求。
附图说明
图1本发明实施例的天线示意图
图2本发明实施例的阶梯变换结构示意图
图3本发明实施例的天线辐射体示意图
图4本发明实施例的天线方位面波束示意图(中频)
图5本发明实施例的天线俯仰面波束扫描示意图
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
本发明包括：同轴接头1、阶梯变换结构2、天线辐射体3和匹配负载4。同轴接头1主要作用是将天线与激励或负载以同轴线的形式连接，传播射频信号；阶梯变换结构2的作用是将较细的同轴接头与较粗的天线辐射体类同轴结构进行射频连接并保持特性阻抗不变，同时维持天线结构一体和稳固；天线辐射体3主要作用是将类同轴结构中传输的TM01模辐射出去，并实现圆极化电磁波的全向辐射；匹配负载4是将传输到天线辐射体末端的能量进行吸收以避免输入端口的能量反射。
通过天线辐射体3实现全向圆极化辐射，通过阶梯变换结构2实现激励与负载同天线辐射体3的连接。其中，天线辐射体3在类同轴结构上加载一组具有一定螺距、上升角的螺旋缝隙。在该辐射部分被激励时，沿着缝隙横向产生感应电流，该电流等效为若干短偶极子和圆环天线辐射场的矢量合成，在远场幅度相同，方向正交，相位相差90°，形成圆极化。当天线工作在不同频率时，相邻的螺旋线附加相位呈线性变化，能够实现波束扫描。该缝隙通过在类同轴结构外皮上机加或刻蚀完成；激励与负载端口通过阶梯变换结构2实现较粗的类同轴结构到标准同轴结构之间的变换，且维持特性阻抗不变，该结构通过机加完成。
本发明所述的类同轴结构由三部分组成，分别是圆柱状金属内芯、空心圆柱介质和金属箔外皮。本发明所述的阶梯变换结构2由三部分构成，分别是阶梯状金属内芯21、内外部分皆为阶梯状的空心圆柱介质22和仅内部为阶梯状的金属外壳23。
本发明所采用的设计方法决定了天线加工时可以对阶梯变换结构2和天线辐射体3进行一体加工。同现有全向圆极化天线加工安装方式相比，具有结构紧凑、加工简单的优点，能够满足相应的电气指标和结构强度要求。
参照附图1所示，本实施例天线由四部分组成，主要包括：同轴接头1、阶梯变换结构2、天线辐射体3和匹配负载4。
参照附图2所示，阶梯变换结构2由阶梯状金属内芯21、内外部分皆为阶梯状的空心圆柱介质22和仅内部为阶梯状的金属外壳23。其中空心圆柱介质22外径与其内径之比保持恒定，金属内芯21放置在空心圆柱介质22内部，并与之完全贴合。金属外壳23套在圆柱介质22的外部并与天线辐射体外皮电气连接。
参照附图3所示，天线辐射体3通过在类同轴结构上加载缝隙32形成。类同轴结构包括圆柱状金属内芯31、金属箔外皮33和空心圆柱介质34。其中类同轴结构传输TM01模，当金属箔外皮33上加载缝隙32时，沿着缝隙产生感应电流。该电流可等效为若干短偶极子和圆环天线辐射场的矢量合成，等效偶极子和圆环天线在远场辐射正交线极化波。通过调整螺旋状缝隙32的半径、螺距和上升角，使得正交线极化波相位相差90°，形成圆极化。
参照图4，是本实施例天线在方位面的圆极化方向图，不圆度小于1.5dB，具有良好的全向辐射特性。
参照图5，是本实施例天线在俯仰面的圆极化方向图，在工作频率从2.2GHz到2.6GHz时，天线的最大指向从107.2°到83.4°，具有俯仰面的波束扫描功能。

Claims (1)

1.一种全向圆极化缝隙螺旋天线，其特征在于包括同轴接头(1)、阶梯变换结构(2)、天线辐射体(3)和匹配负载(4)；在天线辐射体(3)的两端分别连接一个阶梯变换结构(2)，阶梯变换结构(2)连接同轴接头(1)，一个同轴接头(1)连接匹配负载(4)，另一个同轴接头(1)与天线的激励相连；所述的阶梯变换结构(2)包括阶梯状金属内芯(21)、内外部分皆为阶梯状的空心圆柱介质(22)和仅内部为阶梯状的金属外壳(23)，空心圆柱介质(22)外径与其内径之比保持恒定，金属内芯(21)放置在空心圆柱介质(22)内部，并与之完全贴合，金属外壳(23)套在空心圆柱介质(22)的外部并与天线辐射体(3)的金属箔外皮(33)电气连接；所述的天线辐射体(3)采用类同轴结构，包括圆柱状金属内芯(31)、金属箔外皮(33)和空心圆柱介质(34)，在金属箔外皮(33)上加载一组螺旋状缝隙(32)，通过调整螺旋状缝隙(32)的半径、螺距和上升角，使得正交线极化波相位相差90°，形成圆极化。
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US2812514A (en) * 1953-04-14 1957-11-05 Carl E Smith Spiral slot antenna
US20060022891A1 (en) * 2004-07-28 2006-02-02 O'neill Gregory A Jr Quadrifilar helical antenna
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