CN111082209A - 一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线 - Google Patents

一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线，包括：双面介质板、正面辐射单元、余波吸收段、背面辐射单元、同轴馈电、背腔、背腔侧壁；所述正面螺旋辐射单元为所述双面介质板正面的天线辐射器；所述背面螺旋辐射单元为所述双面介质板背面的天线辐射器；所述余波吸收段位于所述双面介质板的正面；所述同轴馈电与所述双面介质板、所述正面辐射单元、背面辐射单元相连；所述背腔是位于所述双面介质板正下方的反射背腔；所述背腔侧壁为所述背腔的侧壁，与所述双面介质板背面螺旋辐射单元相连接。本发明技术方案的天线具有平面结构，便于共形安装，由于避免了垂直阻抗变换模块，使天线馈电简易牢固，且具有较小的剖面尺寸。

Description

一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线
技术领域
本发明涉及天线领域，具体地，涉及一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线。
背景技术
因平面螺旋天线具有宽波束、宽频带及优良的圆极化等特性，使其在军事对抗和民事商用领域有着广泛的应用，如超宽带雷达探测系统、无线通信、卫星通信等领域。但由于传统的平面螺旋天线馈电阻抗变换需要垂直与天线辐射器连接，造成剖面尺寸很大，且安装复杂，而现代无线通信、卫星通信以及超宽带探测雷达系统等均提出了重量轻、低剖面、易共形的超宽带天线要求，因此如何简化天线阻抗变换及馈电结构并减小天线尺寸是亟需解决的问题。
专利文献105870605B(申请号：201610247938.2)公开了该发明涉及一种超宽带低剖面圆极化双臂螺旋天线，用以解决现有螺旋天线兼顾其超带宽、低剖面、圆极化、高增益发展的矛盾。所述螺旋天线包括背腔、辐射器介质基板、天线螺旋臂、巴伦、同轴接头，其中，辐射器介质基板中心开设馈电端口，天线螺旋臂位于辐射器介质基板的上表面，天线螺旋臂通过馈电端口与巴伦上端相连接，巴伦位于背腔内部，巴伦下端与同轴接头相连；所述背腔包括设置于背腔中心的圆柱、以及与圆柱相连的斜面，所述圆柱与斜面共同构成圆台，所述圆柱上开设圆环凹槽、以及用于设置巴伦的窗口。
专利文献107369904A(申请号：201710584031.X)公开了一种低剖面高增益超宽带平面螺旋天线，用以克服现有平面螺旋天线带宽不够宽、增益不够高以及尺寸不够小的问题；该发明包括天线辐射器、背腔、馈电巴伦及馈电接头，背腔内设置有金属空心圆台，金属空心圆台位于介质底板上、中轴线与背腔中轴线重合，其侧表面上任意位置与天线辐射器的垂直距离满足关系式：λ为侧表面上该位置垂直投影至天线辐射器上对应位置处天线辐射器的工作波长。
以上专利中，天线阻抗变换及馈电部分均垂直与天线辐射器连接，造成剖面尺寸较大，且安装复杂。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是简化馈电结构，并减小天线尺寸，为此提供一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线。
根据本发明提供的一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线，包括：双面介质板1、正面辐射单元2、余波吸收段3、背面辐射单元4、同轴馈电5、背腔6和/或背腔侧壁7；
所述正面螺旋辐射单元2为所述双面介质板1正面的天线辐射器；
所述背面螺旋辐射单元4为所述双面介质板1背面的天线辐射器；
所述余波吸收段3位于所述双面介质板1的正面，实现电流余波吸收；
所述同轴馈电5与所述双面介质板1、所述正面辐射单元2、背面辐射单元4相连；
所述背腔6位于所述双面介质板1正下方的反射背腔，实现天线的单向辐射；
所述背腔侧壁7为所述背腔6的侧壁，与所述双面介质板1背面螺旋辐射单元4相连接。
优选地，所述正面螺旋辐射单元2包括阻抗变换的螺旋臂和终端余波吸收段。
优选地，所述背面螺旋辐射单元4包括双臂槽螺旋辐射臂。
优选地，所述同轴馈电5包括芯线和屏蔽层，所述芯线与所述双面介质板1的正面螺旋辐射单元2相接，所述屏蔽层与所述双面介质板1的背面螺旋辐射单元4相接，实现对天线的馈电。
优选地，所述背腔6为金属圆形背腔，直径尺寸与介质板的尺寸相同。
优选地，所述背腔侧壁7为金属面。
优选地，所述双臂槽螺旋辐射臂包括阿基米德螺旋线和外端的渐变双臂。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明的技术方案采用介质板正面、背面螺旋辐射线，同时使用从螺旋臂末端向内端馈电的方式，巧妙实现了阻抗变换，避免了使用传统的垂直阻抗变换模块，简化了天线的馈电网络；
2、本发明技术方案采用介质板双面螺旋构成天线，通过介质板一面上的螺旋臂实现阻抗变换，改善了以往平面螺旋天线中阻抗变换段垂直介质板馈电的复杂方式，简化了馈电结构，整体具有平面结构，便于共形安装。由于避免了垂直阻抗变换模块，使天线馈电简易牢固，且具有较小的剖面尺寸。
3、具有较薄的背腔尺寸，约为8mm，仅有最低工作频率的1/46波长左右，而传统平面螺旋天线的背腔厚度为1/4波长，因此该发明技术方案大幅降低了剖面尺寸；
4、具有较小的平面尺寸，天线半径75mm，天线面积约为传统平面螺旋天线的63％。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例提供的新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线的俯视结构示意图；
图2为本发明实施例提供的新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线的侧视结构示意图；
图3为本发明实施例提供的新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线的驻波仿真图；
图4为本发明实施例提供的新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线的增益仿真图；
图5为本发明实施例提供的新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线的轴比带宽。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线是一种双面螺旋臂组合的平面螺旋天线，其双面螺旋臂及介质板外沿螺旋臂终端馈电是保证天线阻抗变换的关键。该天线馈线融于天线螺旋臂设计中，结构简单，避免了以往平面螺旋天线阻抗变换模块垂直馈电的复杂方式，具有平面结构，易于共形安装。此外，实现了天线的薄背腔设计。所述新低剖面平面螺旋天线适用于小型化、重量轻、易于共形安装的超宽带天线应用领域。
根据本发明提供的一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线，包括：双面介质板1、正面辐射单元2、余波吸收段3、背面辐射单元4、同轴馈电5、背腔6和/或背腔侧壁7；
所述正面螺旋辐射单元2为所述双面介质板1正面的天线辐射器；
具体地，所述正面螺旋辐射单元2包括阻抗变换的螺旋臂和终端余波吸收段。
所述背面螺旋辐射单元4为所述双面介质板1背面的天线辐射器；
具体地，所述背面螺旋辐射单元4包括双臂槽螺旋辐射臂。
具体地，所述双臂槽螺旋辐射臂包括阿基米德螺旋线和外端的渐变双臂。
所述余波吸收段3位于所述双面介质板1的正面，实现电流余波吸收；
所述同轴馈电5与所述双面介质板1、所述正面辐射单元2、背面辐射单元4相连；
具体地，所述同轴馈电5包括芯线和屏蔽层，所述芯线与所述双面介质板1的正面螺旋辐射单元2相接，所述屏蔽层与所述双面介质板1的背面螺旋辐射单元4相接，实现对天线的馈电。
所述背腔6位于所述双面介质板1正下方的反射背腔，实现天线的单向辐射；
具体地，所述背腔6为金属圆形背腔，直径尺寸与介质板的尺寸相同。
所述背腔侧壁7为所述背腔6的侧壁，与所述双面介质板1背面螺旋辐射单元4相连接。
具体地，所述背腔侧壁7为金属面。
以下优选例对本发明做进一步说明：
新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线(以下简称天线)的结构如图1、图2所示，整个天线由双面介质板1、正面辐射单元2、余波吸收段3、背面辐射单元4、同轴馈电 5、背腔6、背腔侧壁7组成。
所述的正面螺旋辐射单元2位于双面介质板1的正面。
所述的余波吸收段3位于介质板1的正面，实现电流余波吸收。
所述的背面螺旋辐射单元4位于双面介质板1的背面。
所述的同轴馈电5为同轴线馈电，芯线与介质板1和正面螺旋辐射单元2相接，屏蔽层与介质板1和背面螺旋辐射单元4相接，实现对天线的馈电。
所述的背腔6是位于双面介质板即微带平面螺旋天线正下方的反射背腔，实现天线的单向辐射。背腔6为一金属圆形背腔，尺寸与介质板的尺寸相同。
所述的背腔侧壁7为背腔6的侧壁，与介质板背面双臂螺旋臂终端连接。
本发明的技术方案是一种具有超宽带特性的新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线，适用于带宽宽且要求低重量、易共形、低剖面的小型化超宽带天线应用领域，尤其适用于对时域稳定性要求高的时域超宽带探测雷达天线。
图3是本发明的驻波仿真图。其横坐标为频率，单位GHz，纵坐标为驻波系数VSWR。如图3所示，本天线VSWR≤2的频段为0.8GHz至15GHz以上，带宽比大于18：1，驻波带宽极宽。但天线增益低频段较低。图4给出了频率2.5GHz时天线的0°和90°方向图，天线增益为8.3dB，由图知天线背瓣非常小。图5给出了天线的轴比带宽，由图知， AR≤3.5的频段为1.04GHz—7.5GHz。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线，其特征在于，包括：双面介质板(1)、正面辐射单元(2)、余波吸收段(3)、背面辐射单元(4)、同轴馈电(5)、背腔(6)、和/或背腔侧壁(7)；
所述正面螺旋辐射单元(2)为所述双面介质板(1)正面的天线辐射器；
所述背面螺旋辐射单元(4)为所述双面介质板(1)背面的天线辐射器；
所述余波吸收段(3)位于所述双面介质板(1)的正面，实现电流余波吸收；
所述同轴馈电(5)与所述双面介质板(1)、所述正面辐射单元(2)、背面辐射单元(4)相连；
所述背腔(6)位于所述双面介质板(1)正下方的反射背腔，实现天线的单向辐射；
所述背腔侧壁(7)为所述背腔(6)的侧壁，与所述双面介质板(1)背面螺旋辐射单元(4)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线，其特征在于，所述正面螺旋辐射单元(2)包括阻抗变换的螺旋臂和终端余波吸收段。
3.根据权利要求1所述的一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线，其特征在于，所述背面螺旋辐射单元(4)包括双臂槽螺旋辐射臂。
4.根据权利要求1所述的一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线，其特征在于，所述同轴馈电(5)包括芯线和屏蔽层，所述芯线与所述双面介质板(1)的正面螺旋辐射单元(2)相接，所述屏蔽层与所述双面介质板(1)的背面螺旋辐射单元(4)相接，实现对天线的馈电。
5.根据权利要求1所述的一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线，其特征在于，所述背腔(6)为金属圆形背腔，直径尺寸与介质板的尺寸相同。
6.根据权利要求1所述的一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线，其特征在于，所述背腔侧壁(7)为金属面。
7.根据权利要求3所述的一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线，其特征在于，所述双臂槽螺旋辐射臂包括阿基米德螺旋线和外端的渐变双臂。
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