CN114122739B - 一种大功率反射腔式螺旋天线实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种大功率反射腔式螺旋天线实现方法包括：将发条式弹性螺旋片通过介质骨架固定在反射腔中；将准同轴裂缝平衡器固定在发条式弹性螺旋片中心，并将高低阻抗同轴变换段嵌在准同轴裂缝平衡器的裂缝内；采用天线罩与反射腔匹配连接，盖住准同轴裂缝平衡器、发条式弹性螺旋片和介质骨架，并在天线罩与发条式弹性螺旋片之间填充泡沫板。采用本发明实现的大功率反射腔式螺旋天线能够提升功率容量(S波段以下可达1000W以上)；并且能够在2.5:1带宽内避免幅度方向图出现波束歪头或严重畸变。

Description

一种大功率反射腔式螺旋天线实现方法
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体而言，涉及一种大功率反射腔式螺旋天线实现方法。
背景技术
平面螺旋天线分为反射型和吸收型两种。吸收型平面螺旋天线的效率低功率容量小，多用作电磁信号接收天线。反射型平面螺旋天线的效率高，多用作电磁信号发射天线。传统的反射腔式平面螺旋天线采用微带型巴伦或同轴传输线切削型巴伦馈电。平衡的微带型巴伦馈电反射腔式平面螺旋虽然方向图畸变程度小，但功率容量低；同轴传输线切削型巴伦的功率容量较高，但平衡性差，方向图的畸变不易控制。传统的平面螺旋面采用印制螺旋面或介质面上固定螺旋导线两种方式。印制螺旋面的功率容量低，多用於小功率发射设备；介质面固定螺旋导线方式多见于学校论文试验品。传统的反射型平面螺旋天线，驻波带宽可达3:1以上，方向图(不发生严重畸变)带宽多在2.5:1以内。国内外均有部分工程师采用腔体侧壁吸收方法拓展方向图带宽，但其效率和功率容量均下降。
发明内容
本发明旨在提供一种大功率反射腔式螺旋天线实现方法，以解决上述现有反射腔式螺旋天线存在的问题，从而实现：(1)提升功率容量(S波段以下可达1000W以上)；(2)在2.5:1带宽内避免幅度方向图出现波束歪头或严重畸变。
本发明提供的一种大功率反射腔式螺旋天线实现方法，包括：
将发条式弹性螺旋片通过介质骨架固定在反射腔中；
将准同轴裂缝平衡器固定在发条式弹性螺旋片中心，并将阻抗补偿传输线嵌在准同轴裂缝平衡器的裂缝内；
采用天线罩与反射腔匹配连接，盖住准同轴裂缝平衡器、发条式弹性螺旋片和介质骨架，并在天线罩与发条式弹性螺旋片之间填充泡沫板。
可选地，所述准同轴裂缝平衡器与发条式弹性螺旋片之间采用焊接或螺接。
可选地，所述发条式弹性螺旋片与反射腔底面之间的距离控制在0.3～0.4个高频端波长；所述反射腔的口面直径控制在0.5～0.7个低频端波长。
可选地，所述介质骨架采用耐受温度在300℃以上且介质损耗在0.01量级以下的低损耗耐高温介质骨架。
可选地，所述泡沫板采用耐受温度在300℃以上且介质损耗在0.01量级以下的耐高温低损耗闭孔泡沫板。
可选地，所述天线罩采用介质损耗在0.01量级以下的低损耗介质材料制成。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
采用本发明实现的大功率反射腔式螺旋天线能够提升功率容量(S波段以下可达1000W以上)；并且能够在2.5:1带宽内避免幅度方向图出现波束歪头或严重畸变。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例的大功率反射腔式螺旋天线实现方法的流程图。
图2为本发明实施例实现的大功率反射腔式螺旋天线的立体结构示意图，其省去了天线罩和泡沫板。
图3为本发明实施例实现的大功率反射腔式螺旋天线的结构剖视示意图一，其省去了介质骨架、天线罩和泡沫板。
图4为本发明实施例实现的大功率反射腔式螺旋天线的结构剖视示意图二。
图标：1-介质骨架、2-反射腔、3-发条式弹性螺旋片、4-准同轴裂缝平衡器、5-阻抗补偿传输线、6-天线罩、7-泡沫板。
图5为本发明实施例实现的大功率反射腔式螺旋天线的工作原理图。
图6为本发明实施例实现的大功率反射腔式螺旋天线的驻波系数曲线图。
图7为本发明实施例实现的大功率反射腔式螺旋天线在F1时的辐射方向图。其中，实线：0度截面；点划线：45度截面；90度截面。
图8为本发明实施例实现的大功率反射腔式螺旋天线在1.5F1时的辐射方向图。其中，实线：0度截面；点划线：45度截面；90度截面。
图9为本发明实施例实现的大功率反射腔式螺旋天线在2.0F1时的辐射方向图。其中，实线：0度截面；点划线：45度截面；90度截面。
图10为本发明实施例实现的大功率反射腔式螺旋天线在2.5F1时的辐射方向图。其中，实线：0度截面；点划线：45度截面；90度截面。
图11为本发明实施例实现的大功率反射腔式螺旋天线的轴向增益曲线图。
图12为本发明实施例实现的大功率反射腔式螺旋天线在高频端1000W输入的场分布图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
实施例
如图1所示，本实施例提出一种大功率反射腔式螺旋天线实现方法，包括：
(1)将发条式弹性螺旋片3通过介质骨架1固定在反射腔2中，如图2所示，可选地，所述准同轴裂缝平衡器4与发条式弹性螺旋片3之间可以采用焊接或螺接。所述介质骨架1可以采用耐受温度在300℃以上且介质损耗在0.01量级以下的低损耗高温介质骨架1，通过低损耗耐高温介质骨架1能够降低固定介质的等效介电常数，避免辐射方向图严重畸变。而所述发条式弹性螺旋片3可以保证通过低损耗耐高温介质骨架1固定后的电气形状需求，解决工程产品的一致性。
(2)将准同轴裂缝平衡器4固定在发条式弹性螺旋片3中心，如图3所示，并将高低阻抗同轴变换段5(阻抗补偿传输线)嵌在准同轴裂缝平衡器4的裂缝内；可选地，所述发条式弹性螺旋片3与反射腔2底面之间的距离控制在0.3～0.4个高频端波长；而所述反射腔2的口面直径控制在0.5～0.7个低频端波长。其中，利用准同轴裂缝平衡器4与发条式弹性螺旋片3的结合解决了传统反射型平面螺旋的波束歪头和馈电点在大功率条件下击穿烧毁问题，因此采用本发明实现的大功率反射腔式螺旋天线能够提升功率容量。而发条式弹性螺旋片3的表面积大且热阻小，发条式弹性螺旋片3上因表面阻抗产生的热主要通过准同轴裂缝平衡器4传输到反射腔2与其安装环境达到热平衡。
(3)采用天线罩6与反射腔2匹配连接，盖住准同轴裂缝平衡器4、发条式弹性螺旋片3和介质骨架1，并在天线罩6与发条式弹性螺旋片3之间填充泡沫板7，如图4所示。可选地，所述天线罩6采用介质损耗在0.01量级以下的低损耗介质材料制成。再可选地，所述泡沫板7采用耐受温度在300℃以上且介质损耗在0.01量级以下的耐高温低损耗闭孔泡沫板7。所述天线罩6与发条式弹性螺旋片3之间通过低损耗耐高温闭孔泡沫板7填充，能够提高天线在严苛使用环境中的抗振能力。
如图5所示，实现的所述大功率反射腔式螺旋天线工作原理为：电磁信号通过准同轴裂缝平衡器4在发条式弹性螺旋片3上激励起射频电流，发条式弹性螺旋片3向外辐射电磁波。一部分电磁波直接通过泡沫板7和天线罩6向外部空间辐射，另一部分电磁波经反射腔2反射后，再通过泡沫板7和天线罩6向外部空间辐射。两部分电磁波在外部空间合成形成定向辐射。
示例：
采用上述的大功率反射腔式螺旋天线实现方法实现了一种大功率反射腔式螺旋天线，该大功率反射腔式螺旋天线的典型性能如图6～图11所示：
图6为该大功率反射腔式螺旋天线的驻波系数曲线图。
图7为该大功率反射腔式螺旋天线在F1时的辐射方向图。其中，实线：0度截面；点划线：45度截面；90度截面。
图8为该大功率反射腔式螺旋天线在1.5F1时的辐射方向图。其中，实线：0度截面；点划线：45度截面；90度截面。
图9为该大功率反射腔式螺旋天线在2.0F1时的辐射方向图。其中，实线：0度截面；点划线：45度截面；90度截面。
图10为该大功率反射腔式螺旋天线在2.5F1时的辐射方向图。其中，实线：0度截面；点划线：45度截面；90度截面。
图11为该大功率反射腔式螺旋天线的轴向增益曲线图。
图12为该大功率反射腔式螺旋天线在高频端1000W输入的场分布图。
由图6～图11，驻波系数带宽(驻波系数优于2.5)达到2.5:1以上。在2.5:1(高低频之比F2:F1)工作带宽范围内，辐射方向图对称，未出现波束歪头或严重畸变。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种大功率反射腔式螺旋天线实现方法，其特征在于，包括：
将发条式弹性螺旋片通过介质骨架固定在反射腔中；
将准同轴裂缝平衡器固定在发条式弹性螺旋片中心，并将高低阻抗同轴变换段嵌在准同轴裂缝平衡器的裂缝内；
采用天线罩与反射腔匹配连接，盖住准同轴裂缝平衡器、发条式弹性螺旋片和介质骨架，并在天线罩与发条式弹性螺旋片之间填充泡沫板；
所述准同轴裂缝平衡器与发条式弹性螺旋片之间采用焊接或螺接；
所述发条式弹性螺旋片与反射腔底面之间的距离控制在0.3～0.4个高频端波长；所述反射腔的口面直径控制在0.5～0.7个低频端波长；
所述介质骨架采用耐受温度在300℃以上且介质损耗在0.01量级以下的低损耗耐高温介质骨架；
所述泡沫板采用耐受温度在300℃以上且介质损耗在0.01量级以下的耐高温低损耗闭孔泡沫板；
所述天线罩采用介质损耗在0.01量级以下的低损耗介质材料制成。
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