CN112952389A - 一种阶梯式超宽带螺旋天线 - Google Patents

Abstract

一种阶梯式超宽带螺旋天线，包括背腔底座、背腔侧边板、PCB板和馈电巴伦板，PCB板上设有双螺旋线，背腔底座、背腔侧边板和PCB板组合形成一个密闭的腔室，馈电巴伦板的两侧面设有微带线，馈电巴伦板的一端位于背腔底座上，另一端的微带线与PCB板上的双螺旋线连接，还包括位于腔室内的阶梯状金属台，阶梯状金属台呈“凸”形台，阶梯状金属台的设置使得其具有更宽的带宽。本发明通过阶梯状金属台的设置，且第一表面平行于PCB板和背腔底座，使得反射后的螺旋后向辐射电磁波与螺旋前向辐射电磁波同向，进而达到提高增益效果，相对于平底背腔平面螺旋天线和梯形斜面柱台背腔平面螺旋天线，使得双螺旋线具有更宽的带宽，实用性更强，效率更高。

Description

一种阶梯式超宽带螺旋天线

技术领域

本发明涉及信号传输装置技术领域，尤其是一种阶梯式超宽带螺旋天线。

背景技术

超宽带螺旋天线为了不损失螺旋辐射电磁波，通常在腔体内设置一个金属台，由于只有腔体深度的四倍对应波长的频率才可以满足前向辐射电磁波与经过金属台的反射的后向辐射电磁波同向叠加，使得螺旋天线在带宽内驻波方向图轴比指标难以兼顾，其余频段的后向辐射电磁波经过与金属台反射后甚至可能与前向辐射电磁波反向相消，造成整体辐射效果变差的情况，而如果在背腔填充吸波材料，填充的吸波材料会吸收后向辐射电磁波，不会将后向辐射电磁波反射产生增益，根据此状况，需设计一种阶梯式超宽带螺旋天线。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种阶梯式超宽带螺旋天线。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种阶梯式超宽带螺旋天线，包括背腔底座、背腔侧边板、PCB板和馈电巴伦板，所述PCB板上设有双螺旋线，所述背腔底座、背腔侧边板和PCB板组合形成一个密闭的腔室，所述馈电巴伦板的两侧面设有微带线，所述馈电巴伦板的一端位于所述背腔底座上，所述微带线与所述PCB板上的双螺旋线连接，还包括位于所述腔室内的阶梯状金属台，所述阶梯状金属台呈“凸”形台，阶梯状金属台的设置使得其具有更宽的带宽，且相邻频率之间的天线方向图轴比性能更加稳定，所述阶梯状金属台的每一个阶梯包括第一表面和第二表面，所述第一表面均平行于所述PCB板所在表面和所述背腔底座所在表面，所述第二表面垂直于第一表面，进而使得进入腔室内部的后向辐射电磁波反射线路更为清晰，后向辐射电磁波进入腔室后与阶梯状金属台中台阶的第一表面相垂直，后向辐射电磁波经过第一表面反射后射出腔室，且反射电磁波的相位与前向辐射电磁波相同，避免后向辐射电磁波经过反射后与前向辐射电磁波相抵消。

优选的，所述阶梯状金属台是顶面为圆形，向外呈同轴心圆环阶梯设置的金属背腔，所述阶梯状金属台的每个阶梯的第一表面包括外圆线和内圆线，所述阶梯状金属台分为若干部分阶梯深度，每部分所述阶梯深度中阶梯第一表面的外圆线与内圆线之差相同，第二表面的高度相同，通过将阶梯状金属台的多层阶梯分布若干部分阶梯深度，每部分所述阶梯深度包含若干级阶梯，每一级阶梯深度中阶梯的外圆线直径与内圆线直径之差相同，阶梯高度相同，不同部分所述阶梯深度中阶梯第一表面的外圆线与内圆线之差不同，阶梯第二表面的高度也不同，进而保证每一级阶梯深度中的电磁频率平稳过渡，多级阶梯深度的设置同时扩宽了螺旋天线的工作频率。

优选的，所述阶梯状金属台是以中心为圆形面，向外呈圆环阶梯设置的金属背腔，所述阶梯状金属台的每个阶梯的第一表面包括外圆线和内圆线，每个所述阶梯的外圆线与内圆线之差均相同，每一级阶梯深度的外圆线直径与内圆线直径之差相同，使得整个螺旋天线的工作频率平稳过渡，提高稳定性。

优选的，所述背腔底座上设有凸台和天线接头，所述凸台用于固定所述馈电巴伦板，所述天线接头位于所述腔室外侧，所述天线接头连接所述馈电巴伦板的微带线，通过天线接头连接外部设备，凸台对馈电巴伦板进行固定，提升整体结构的稳定性。

优选的，所述背腔侧边板呈圆环形，设有上凹环和下凹环，所述PCB板嵌入所述上凹环，所述PCB板的上表面与所述背腔侧边板的上表面位于同一平面，所述背腔底座嵌入所述下凹环，所述背腔底座的下表面与所述背腔侧边板的下表面位于同一平面，PCB板和背腔底座分别位于上凹环和下凹环内，既能保证整体结构的稳定性，又能使得螺旋天线的外部构造更为合理、美观。

优选的，所述阶梯状金属台分为三部分阶梯深度，所述腔室的总深度为30-50mm，所述阶梯状金属台的阶梯总数为30-40级，自上而下依次为第一部分阶梯深度、第二部分阶梯深度和第三部分阶梯深度，在腔室深度为30-50mm时，阶梯深度的级数为三部分最为合适，能够保证螺旋天线具有足够带宽的同时保证工作频率的稳定性，所述第一部分阶梯深度的阶梯数占总数的1/2或1/2邻近的整数，所述第二部分阶梯深度的阶梯数占总数的1/3或1/3邻近的整数，所述第三部分阶梯深度的阶梯数占总数的1/6或1/6邻近的整数。

优选的，所述阶梯状金属台分为四部分阶梯深度，所述腔室的总深度为50-90mm，所述阶梯状金属台的阶梯总数为40-80级，在腔室深度为50-90mm时，阶梯深度的级数为四部分最为合适，能够保证螺旋天线具有足够带宽的同时保证工作频率的稳定性，自上而下依次为第一部分阶梯深度、第二部分阶梯深度、第三部分阶梯深度和第四部分阶梯深度，所述第一部分阶梯深度的阶梯数占总数的1/2或1/2邻近的整数，所述第二部分阶梯深度的阶梯数占总数的1/4或1/4邻近的整数，所述第三部分阶梯深度的阶梯数占总数的1/6或1/6邻近的整数，所述第四部分阶梯深度的阶梯数占总数的1/12或1/12邻近的整数，第三部分阶梯深度的阶梯数量和第四部分阶梯深度的阶梯数量大致呈二倍关系，能够有效保证低频时螺旋天线的稳定性。

优选的，所述馈电巴伦板包括第一部分和第二部分，所述第二部分为细长的多边体状，所述第二部分体积小于第一部分，所述第一部分与所述背腔底座连接，所述第二部分贯穿所述阶梯状金属台，第一部分大体积位于背腔底座上，与凸台连接进行固定，第二部分小体积贯穿阶梯状金属台，使得阶梯状金属台上的贯穿孔较小，减少对阶梯状金属台的影响，保证阶梯状金属台的反射面积。

优选的，所述PCB板包括第一层板和第二层板，所述第一层板固定安装在所述背腔侧边板上，所述双螺旋线位于所述第二层板上，所述馈电巴伦板的一端贯穿所述第一层板与所述第二层板连接，第一层板用于对馈电巴伦板进行定位，保证结构的稳定性，且通过此结构设计，第二层板不需要设计开口，进而第二层板上的双螺旋线的起始段彼此距离更近，使得其可以工作在更高频率，工作更加稳定。

优选的，一种阶梯式超宽带螺旋天线在生产中计算阶梯状金属台第一表面外圆线与内圆线直径平均值、第二表面距离所述PCB板底面距离的公式如下：

λ＝C/f；2πR＝λ；H＝λ/4；

其中R为单个阶梯的所述第一表面的外圆线直径与内圆线直径的平均值，λ为工作频率的波长，C为真空中光速，f为工作频率，H为单个阶梯所述第一表面距离所述PCB板顶面的距离；

步骤1：以所述阶梯状金属台自上而下定义第一层阶梯、第二层阶梯...第n层阶梯，所述PCB板顶面距离背腔底板的距离为背腔深度H，每层阶梯的中位工作波长为此阶梯第一表面外圆直径与内圆直径的平均值处的工作波长R，首先根据工作频率f1确定所述阶梯状金属台第一层阶梯的中位工作波长λ1，再计算出第一层阶梯的第一表面外圆线直径与内圆线直径的平均值R1，顶层阶梯距离所述PCB板顶面的距离H1；

步骤2：根据工作频率f2确定第二层阶梯的工作波长λ2，再计算出第二层阶梯的第一表面外圆线直径与内圆线直径的平均值R2，顶层阶梯距离所述PCB板顶面的距离H2，H2与H1的差值即为第一层阶梯第二表面的高度；

以此类推

步骤n：根据工作频率fn确定第n层阶梯的工作波长λn，再计算出第n层阶梯的第一表面外圆线直径与内圆线直径的平均值Rn，，顶层阶梯距离所述PCB板顶面的距离Hn，Hn与Hn-1的差值即为第n-1层阶梯第二表面的高度；

步骤n+1：背腔深度与Hn的差值为第n层阶梯第二表面的高度。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明通过阶梯状金属台的设置，且第一表面平行于PCB板和背腔底座，使得反射后的螺旋后向辐射电磁波与螺旋前向辐射电磁波同相位，进而达到提高增益效果，相对于平底背腔平面螺旋天线和梯形斜面柱台背腔平面螺旋天线，使得双螺旋线具有更宽的带宽，实用性更强，效率更高。

2、本发明相对于腔室内采用吸波材料填充的螺旋天线，后向辐射电磁波没有被吸波材料吸收而是经过腔体里面梯形台阶反射出去，然后与前向辐射电磁波叠加在一起，从而充分利用了馈源能量，在不损害方向图波束宽度、不会使得腔室内部升温的情况下，提高了天线的增益。

3、本发明使得腔室内的后向辐射电磁波路径清晰，易于工程师进行天线参考设计。

4、本发明通过PCB板的双层设计，即解决了馈电巴伦板的固定问题，也是的双螺旋线的初始位置在第二层板更为接近，使得双螺旋线的工作频率更高，工作更加稳定。

附图说明

图1是本发明的轴侧结构示意图；

图2是本发明的腔室内部结构示意图；

图3是本发明的主视图；

图4是本发明图3中A-A方向的剖视图；

图5是本发明图4中B处的放大图；

图6是本发明PCB板和双螺旋线的结构示意图；

图7是本发明同类天线平底背腔平面螺旋天线透视图；

图8是本发明同类天线梯形斜面柱台背腔平面螺旋天线透视图；

图9是本发明同类天线梯形斜面柱台背腔平面螺旋天线电磁波反射路径图；

图10是本发明天线端口反射系数图；

图11是本发明天线低频段2GHz方向图；

图12是本发明天线高频段18GHz方向图；

图13是本发明天线低频段2GHz圆极化轴比；

图14是本发明天线高频段18GHz圆极化轴比；

图15是本发明电磁波反射路径图。

图中：1、背腔底座；2、背腔侧边板；3、PCB板；4、馈电巴伦板；5、阶梯状金属台；6、凸台；7、双螺旋线，31、第一层板；32、第二层板32；51、第一表面；52、第二表面。

具体实施方式

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：

实施例1：

如图1所示，本发明的一种阶梯式超宽带螺旋天线，包括背腔底座1、背腔侧边板2、PCB板3和馈电巴伦板4，背腔底座1、背腔侧边板2为金属材质，如图5所示，PCB板3上设有双螺旋线7，双螺旋线7分为螺旋内圈和螺旋外圈，如图2所示，背腔底座1、背腔侧边板2和PCB板3组合形成一个密闭的腔室，馈电巴伦板4的两侧面设有微带线，馈电巴伦板4的一端位于背腔底座1上，微带线与PCB板3上的双螺旋线7连接形成电流通路，该双螺旋线7是平衡双线对称结构,其馈电也应采用平衡馈电方式，微带巴伦是一种非平衡-平衡的阻抗转换，其地板和微带线均采用指数渐变的方式，背腔底座1上设有凸台6和天线接头，凸台6用于固定馈电巴伦板4，天线接头位于腔室外侧，天线接头连接馈电巴伦板4的微带线，通过天线接头连接外部设备，凸台6对馈电巴伦板4进行固定，提升整体结构的稳定性，馈电巴伦板4通过螺钉锁在凸台6上，天线接头与巴伦馈电微带线焊接，阶梯状金属台5中间开设有贯穿口，以便馈电巴伦从中间穿过，并连接PCB上面的双螺旋线7，背腔侧边板2呈圆环形，设有上凹环和下凹环，PCB板3嵌入上凹环，PCB板3的上表面与背腔侧边板2的上表面位于同一平面，背腔底座1嵌入下凹环，背腔底座1的下表面与背腔侧边板2的下表面位于同一平面，PCB板3和背腔底座1分别位于上凹环和下凹环内，既能保证整体结构的稳定性，又能使得双螺旋线7的外部构造更为合理、美观。

如图2所示，还包括位于腔室内的阶梯状金属台5，阶梯状金属台5呈“凸”形台，阶梯状金属台5的设置使得其具有更宽的带宽，且相邻频率之间的天线方向图轴比性能更加稳定，阶梯状金属台5的每一个阶梯包括第一表面51和第二表面52，第一表面51垂直于第二表面52，第一表面51在俯视角度下呈圆环形，最顶层的第一表面51呈圆形，第二表面52在俯视角度下呈圆线，且第二表面52位于第一表面51的下侧，第一表面51均平行于PCB板3所在表面和背腔底座1所在表面，第二表面52垂直于第一表面51，进而使得进入腔室内部的螺旋线后向辐射电磁波反射线路更为清晰，后向辐射电磁波进入腔室后与阶梯状金属台5中台阶的第一表面51相垂直，后向辐射电磁波经过第一表面51反射后射出腔室，且射出的相位与前向辐射电磁波相同，避免后向辐射电磁波经过反射后与前向辐射电磁波相抵消。

如图4所示，所述阶梯状金属台5是顶面为圆形，向外呈同轴心圆环阶梯设置的金属背腔，阶梯状金属台5的每个阶梯的第一表面51包括外圆线和内圆线，阶梯状金属台5分为若干部分阶梯深度，每部分阶梯深度中阶梯第一表面51的外圆线与内圆线之差相同，第二表面52的高度相同，通过将阶梯状金属台5的多层阶梯分成若干部分阶梯深度，每部分所述阶梯深度包含若干级阶梯，不同部分所述阶梯深度中阶梯第一表面51的外圆线与内圆线之差不同，阶梯第二表面52的高度也不同，每一部分阶梯深度中阶梯的外圆线直径与内圆线直径之差相同，阶梯高度相同，进而保证每一级阶梯深度中的电磁频率平稳过渡，多级阶梯深度的设置同时增大了双螺旋线7的工作频率。

如图6所示，PCB板3包括第一层板31和第二层板32，第一层板31固定安装在背腔侧边板2上，双螺旋线7位于第二层板32上，馈电巴伦板4的一端贯穿第一层板31与第二层板32连接，第一层板31用于对馈电巴伦板4进行定位，保证结构的稳定性，且通过此结构设计，第二层板32不需要设计开口，进而第二层板32上的双螺旋线7的起始段彼此距离更近，使得工作频率更高，工作更加稳定。

馈电巴伦板4包括第一部分和第二部分，第一部分和第二部分均为梯形，且底边邻近背腔底座1，第二部分体积小于第一部分，第一部分与背腔底座1连接，第二部分贯穿阶梯状金属台5，第一部分的大体积位于背腔底座1上，与凸台6连接进行固定，第二部分小体积贯穿阶梯状金属台5，使得阶梯状金属台5上的贯穿孔较小，减少对阶梯状金属台5的影响，保证阶梯状金属台5的反射面积。

如图7所示，此结构为平底背腔平面螺旋天线，腔室内无其他填充物，由于平底背腔结构的腔体深度为确定深度，只有腔体深度的四倍对应波长的电磁波，才可以满足螺旋前向辐射电磁波与经过背腔底座1反射的后向辐射电磁波同相叠加，天线辐射的其余频段电磁波与背腔底座1反射的后向辐射电磁波得不到最佳增强效果，甚至可能反向抵消，造成天线顶部的方向图凹坑，或者方向图分瓣，轴比驻波变差，又或是在该(波长)频率附近频段天线性能相对较好，偏离该频率之后天线方向图轴比性能急剧下降的情况，通过阶梯状金属台5使得双螺旋线具有更宽的带宽，实用性更高，效率更强。

如图8所示，此结构为梯形斜面柱台背腔平面螺旋天线的内部结构示意图，采用梯形斜面柱台背腔结构，顶部PCB上双螺旋线7后向辐射电磁波首先入射到梯形柱台斜面上，经过斜面反射到背腔侧边板2的金属内壁上，经过背腔侧边板2的金属内壁二次反射后又入射到梯形柱台斜面上，然后反射出腔室，与前向辐射电磁波叠加，由于双螺旋线7辐射电磁波时候，螺旋内圈主要辐射高频电磁波，螺旋外圈主要辐射低频电磁波，因此对于梯形斜面柱台背腔结构来说，上面反射点深度关系到天线高频特性，而下面反射点深度关系到天线低频特性，辐射电磁波在腔室内进行三次反射，通过柱台斜面上两个点，而由图9所示的反射路径图可知，设计高频特性时，由于腔室内存在四条电磁波反射路径，从而必须设计好柱台上部第一反射点斜面深度以及柱台下部第二反射点斜面深度，这将与后续低频段对应的柱台下部斜面深度发生冲突，而且由于反射点位置不同以及多次反射，腔室内电磁场情况更为复杂，造成天线方向图与轴比急剧恶化，而对于本发明设计的阶梯型反射台阶而言，如图15所示，后向辐射电磁波与台阶互相垂直，后向辐射电磁波入射到台阶后被直接反射出腔室，不至于在腔室内多次反射造成路径复杂情况，反射路径易于计算，给设计带来便利。

如图10所示，该天线的端口反射系数S11，其中横坐标代表频率，纵坐标代表反射系数，可以看出在2-25GHz范围内，天线具有良好的端口低反射性能；如图11所示，天线在低频端2GHz辐射方向图，图12给出天线在高频端18GHz辐射方向图，天线增益比填充吸波材料情况下高2-3dB，图13、图14分别给出的是该天线在低频端2GHz、高频端18GHz圆极化轴比，其中横坐标为角度，纵坐标为轴比，轴比小于1的角度接近100度，实现了超宽带下良好的天线圆极化性能，这样的设计使螺旋天线具有良好的性能，比如超宽带范围内驻波，方向图，圆极化轴比，前后比等性能指标。

阶梯状金属台5分为三部分阶梯深度，腔室的总深度为30-50mm，阶梯状金属台5的阶梯总数为30-40级，自上而下依次为第一部分阶梯深度、第二部分阶梯深度和第三部分阶梯深度，在腔室深度为30-50mm时，阶梯深度的级数为三部分最为合适，能够保证双螺旋线具有足够带宽的同时保证工作频率的稳定性，第一阶梯深度的阶梯数占总数的1/2或1/2邻近的整数，进而高频渐变占大比例，第二阶梯深度的阶梯数占总数的1/3或1/3邻近的整数，第三阶梯深度的阶梯数占总数的1/6或1/6邻近的整数，如腔室总深度为35mm，阶梯总数为30级，则第一阶梯深度为1-14级，第二阶梯深度为15-24级，第三阶梯深度为25-30级。

一种阶梯式超宽带螺旋天线在生产中计算阶梯状金属台5第一表面外圆线与内圆线直径平均值、第一表面距离所述PCB板3顶面距离的公式如下：

λ＝C/f；2πR＝λ；H＝λ/4；

其中R为单个阶梯的第一表面51的外圆线直径与内圆线直径的平均值，λ为工作频率的波长，C为真空中光速，f为工作频率，H为单个阶梯第一表面51距离PCB板3顶面的距离；

步骤1：以所述阶梯状金属台5自上而下定义第一层阶梯、第二层阶梯...第n层阶梯，所述PCB板32顶面距离背腔底板的距离为背腔深度H，每层阶梯的中位工作波长为此阶梯第一表面51外圆线直径与内圆线直径的平均值处的工作波长R，首先根据工作频率f1确定所述阶梯状金属台5第一层阶梯的中位工作波长λ1，再计算出第一层阶梯的第一表面51外圆线直径与内圆线直径的平均值R1，顶层阶梯距离所述PCB板32顶面的距离H1；

步骤2：根据工作频率f2确定第二层阶梯的工作波长λ2，再计算出第二层阶梯的第一表面51外圆线直径与内圆线直径的平均值R2，顶层阶梯距离所述PCB板32顶面的距离H2，H2与H1的差值即为第一层阶梯第二表面52的高度；

以此类推

步骤n：根据工作频率fn确定第n层阶梯的工作波长λn，再计算出第n层阶梯的第一表面51外圆线直径与内圆线直径的平均值Rn，，顶层阶梯距离所述PCB板32顶面的距离Hn，Hn与Hn-1的差值即为第n-1层阶梯第二表面52的高度；

步骤n+1：背腔深度与Hn的差值为第n层阶梯第二表面52的高度。

如图15所示，使用上述公式，以双螺旋线工作频率在2-18GHz范围，腔室总深度为37.5mm，则18GHz对应的第一阶梯深度为4.17mm，阶梯总数为30级，则代入上述公式，自上而下第一部分阶梯深度为1-14层阶梯，每层阶梯第一表面51的外圆线与内圆线之差为0.5mm，第二表面52的高度为0.785mm，第二部分阶梯深度为15-24层阶梯，每层阶梯第一表面51的外圆线与内圆线之差为0.75mm，第二表面52的高度为1.1775mm，第二部分阶梯深度为25-30层阶梯，每层阶梯第一表面51的外圆线与内圆线之差为1mm，第二表面52的高度为1.57mm

实施例2：

阶梯状金属台5分为四部分阶梯深度，腔室的总深度为50-90mm，阶梯状金属台5的阶梯总数为40-80级，在腔室深度为50-90mm时，阶梯深度的级数为四部分最为合适，能够保证双螺旋线具有足够带宽的同时保证工作频率的稳定性，自上而下依次为第一部分阶梯深度、第二部分阶梯深度、第三部分阶梯深度和第四部分阶梯深度，第一部分阶梯深度的阶梯数占总数的1/2或1/2邻近的整数，第二部分阶梯深度的阶梯数占总数的1/4或1/4邻近的整数，第三部分阶梯深度的阶梯数占总数的1/6或1/6邻近的整数，第四部分阶梯深度的阶梯数占总数的1/12或1/12邻近的整数，第三部分阶梯深度的阶梯数量和第四部分阶梯深度的阶梯数量大致呈二倍关系，能够有效保证低频时双螺旋线的稳定性。

具体实施时，双螺旋线7发射前向辐射电磁波和后向辐射电磁波，前向辐射电磁波直接垂直于PCB板3向腔室外侧射出，后向辐射电磁波垂直于PCB板3向腔室内射入，后向辐射电磁波垂直射在阶梯状金属台5阶梯的第一表面51上，由第一表面51反射，反射后的反向辐射电磁波与前向辐射电磁波同相，进而达到最佳增益效果。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种阶梯式超宽带螺旋天线，包括背腔底座(1)、背腔侧边板(2)、PCB板(3)和馈电巴伦板(4)，所述PCB板(3)上设有双螺旋线(7)，所述背腔底座(1)、背腔侧边板(2)和PCB板(3)组合形成一个密闭的腔室，所述馈电巴伦板(4)的两侧面设有微带线，所述馈电巴伦板(4)的一端位于所述背腔底座(1)上，所述微带线与所述PCB板(3)上的双螺旋线(7)连接，其特征在于：还包括位于所述腔室内的阶梯状金属台(5)，所述阶梯状金属台(5)呈“凸”形台，所述阶梯状金属台(5)的每一个阶梯包括第一表面(51)和第二表面(52)，所述第一表面(51)均平行于所述PCB板(3)所在表面和所述背腔底座(1)所在表面，所述第二表面(52)垂直于第一表面(51)。

2.根据权利要求1所述的一种阶梯式超宽带螺旋天线，其特征在于：所述阶梯状金属台(5)是顶面为圆形，向外呈同轴心圆环阶梯设置的金属背腔，所述阶梯状金属台(5)的每个阶梯的第一表面(51)包括外圆线和内圆线，所述阶梯状金属台(5)分为若干部分阶梯深度，每部分所述阶梯深度包含若干级阶梯，每部分所述阶梯深度中阶梯第一表面(51)的外圆线与内圆线之差相同，第二表面(52)的高度相同，不同部分所述阶梯深度中阶梯第一表面(51)的外圆线与内圆线之差不同，阶梯第二表面(52)的高度也不同。

3.根据权利要求1所述的一种阶梯式超宽带螺旋天线，其特征在于：所述阶梯状金属台(5)是以中心为圆形面，向外呈圆环阶梯设置的金属背腔，所述阶梯状金属台(5)的每个阶梯的第一表面(51)包括外圆线和内圆线，每个所述阶梯的外圆线与内圆线之差均相同。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种阶梯式超宽带螺旋天线，其特征在于：所述背腔底座(1)上设有凸台(6)和天线接头，所述凸台(6)用于固定所述馈电巴伦板(4)，所述天线接头位于所述腔室外侧，所述天线接头连接所述馈电巴伦板(4)的微带线。

5.根据权利要求4所述的一种阶梯式超宽带螺旋天线，其特征在于：所述背腔侧边板(2)呈圆环形，设有上凹环和下凹环，所述PCB板(3)嵌入所述上凹环，所述PCB板(3)的上表面与所述背腔侧边板(2)的上表面位于同一平面，所述背腔底座(1)嵌入所述下凹环，所述背腔底座(1)的下表面与所述背腔侧边板(2)的下表面位于同一平面。

6.根据权利要求2所述的一种阶梯式超宽带螺旋天线，其特征在于：所述阶梯状金属台(5)分为三部分阶梯深度，所述腔室的总深度为30-50mm，所述阶梯状金属台(5)的阶梯总数为30-40级，自上而下依次为第一部分阶梯深度、第二部分阶梯深度和第三部分阶梯深度，所述第一部分阶梯深度的阶梯数占总数的1/2或1/2邻近的整数，所述第二部分阶梯深度的阶梯数占总数的1/3或1/3邻近的整数，所述第三阶梯深度的阶梯数占总数的1/6或1/6邻近的整数。

7.根据权利要求2所述的一种阶梯式超宽带螺旋天线，其特征在于：所述阶梯状金属台(5)分为三部分阶梯深度，所述腔室的总深度为50-90mm，所述阶梯状金属台(5)的阶梯总数为40-80级，自上而下依次为第一部分阶梯深度、第二部分阶梯深度、第三部分阶梯深度和第四部分阶梯深度，所述第一阶梯深度的阶梯数占总数的1/2或1/2邻近的整数，所述第二阶梯深度的阶梯数占总数的1/4或1/4邻近的整数，所述第三阶梯深度的阶梯数占总数的1/6或1/6邻近的整数，所述第四阶梯深度的阶梯数占总数的1/12或1/12邻近的整数。

8.根据权利要求1所述的一种阶梯式超宽带螺旋天线，其特征在于：所述馈电巴伦板(4)包括第一部分和第二部分，所述第二部分体积小于第一部分，所述第一部分与所述背腔底座(1)连接，所述第二部分贯穿所述阶梯状金属台(5)。

9.根据权利要求2所述的一种阶梯式超宽带螺旋天线，其特征在于：所述PCB板(3)包括第一层板(31)和第二层板(32)，所述第一层板(31)固定安装在所述背腔侧边板(2)上，所述双螺旋线(7)位于所述第二层板(32)上，所述馈电巴伦板(4)的一端贯穿所述第一层板(31)与所述第二层板(32)连接。

10.根据权利要求2、3、9中任意一项所述的一种阶梯式超宽带螺旋天线，其特征在于：一种阶梯式超宽带螺旋天线在生产中计算阶梯状金属台(5)第一表面(51)外圆线与内圆线直径平均值、第一表面(51)距离所述PCB板(32)顶面距离的公式如下：λ＝C/f；2πR＝λ；H＝λ/4；

其中R为单个阶梯的所述第一表面(51)的外圆线直径与内圆线直径的平均值，λ为工作频率的波长，C为真空中光速，f为工作频率，H为单个阶梯所述第一表面(51)距离所述PCB板(32)顶面的距离；

步骤1：以所述阶梯状金属台(5)自上而下定义第一层阶梯、第二层阶梯...第n层阶梯，所述PCB板(32)顶面距离背腔底板的距离为背腔深度H，每层阶梯的中位工作波长为此阶梯第一表面(51)外圆线直径与内圆线直径的平均值处的工作波长R，首先根据工作频率f1确定所述阶梯状金属台(5)第一层阶梯的中位工作波长λ1，再计算出第一层阶梯的第一表面(51)外圆线直径与内圆线直径的平均值R1，顶层阶梯距离所述PCB板(32)顶面的距离H1；

步骤2：根据工作频率f2确定第二层阶梯的工作波长λ2，再计算出第二层阶梯的第一表面(51)外圆线直径与内圆线直径的平均值R2，顶层阶梯距离所述PCB板(32)顶面的距离H2，H2与H1的差值即为第一层阶梯第二表面(52)的高度；

以此类推

步骤n：根据工作频率fn确定第n层阶梯的工作波长λn，再计算出第n层阶梯的第一表面(51)外圆线直径与内圆线直径的平均值Rn，，顶层阶梯距离所述PCB板(32)顶面的距离Hn，Hn与Hn-1的差值即为第n-1层阶梯第二表面(52)的高度；

步骤n+1：背腔深度与Hn的差值为第n层阶梯第二表面(52)的高度。

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