CN204375904U - 一种螺旋天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种螺旋天线，该螺旋天线包括：天线底座、螺旋线和馈电组件，还包括：与天线底座连接的支撑件，其中，该支撑件上设置有固定结构，该固定结构用于在轴向上固定上述螺旋线，以使该螺旋线形成螺旋结构。通过本实用新型，使得螺旋天线能够满足星载螺旋天线领域的技术要求和空间环境。

Description

一种螺旋天线

技术领域

本实用新型涉及天线领域，具体而言，涉及一种螺旋天线。

背景技术

近年来，在军事和民用领域，卫星导航、定位以及通信得到了广泛应用并起到了越来越重要的作用。为了快速捕捉到微弱的卫星信号，一般要求天线具有很宽的波瓣宽度，并能保持一定的低仰角增益。目前研究比较多的宽波束天线多为谐振式四臂螺旋天线，四臂螺旋天线通常需要增加一个一分四、等幅相位相差90°的馈电电路，馈电电路的引入增加了设计的复杂度，而且，如果馈电电路设计得不好可能还会引起天线性能的恶化，由此，相关技术中提供了一种新型宽波束圆极化天线，即双臂螺旋天线。

相关技术中的螺旋天线结构主要有无螺旋线支撑结构、通过半球体介质支撑螺旋线、通过圆柱体介质支撑螺旋线等几种方式。星载双臂螺旋天线结构，既要满足电性能指标要求，又要满足特殊的空间环境要求，同时，减轻天线结构重量、提高结构强度和刚度也是星载天线重要设计内容。

无螺旋线支撑结构仅通过螺旋线本身的刚度来维持形状的稳定性，不适用于圈数较多、螺旋长度较长的细导线螺旋天线；球面支撑结构受限于球体本身的几何结构，不能支持高增益多圈数的圆柱体螺旋结构，仅适用于一般普通用途的螺旋天线；圆柱体介质支撑结构一般均为直接将金属螺旋臂缠绕在介质支撑的圆柱面上，在螺旋线的轴向上没有机械限位，且螺旋的尺寸精度难以保证，在各类振动及热环境下易发生螺距变化。

另外，基于星载高增益天线的技术要求，馈电组件一般均为细长结构，如果仅在天线两端与螺旋线和地板进行连接的话，结构在振动时易发生失稳现象，电缆径向、轴向位置精度也难以保证。

综上，在要求高增益、多圈数、细导线、大长度的星载螺旋天线领域，目前的螺旋天线结构均难以满足其技术要求及空间环境的要求。

实用新型内容

针对现有技术中螺旋天线结构不能满足星载螺旋天线领域的技术要求和空间环境的问题，本实用新型提供了一种螺旋天线，以至少解决上述问题。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种螺旋天线，包括：天线底座、螺旋线和馈电组件，还包括：与天线底座连接的支撑件，其中，该支撑件上设置有固定结构，该固定结构用于在轴向上固定上述螺旋线，以使该螺旋线形成螺旋结构。

进一步的，上述支撑件包括：多个腹板，其中，上述固定结构为设置在上述多个腹板上的多个穿孔，其中，上述螺旋线穿过上述多个穿孔在轴向上形成上述螺旋结构。

进一步的，上述多个腹板以轴向为中心按辐射状排布，使得上述支撑件形成柱状结构。

进一步的，上述多个腹板为L形，其中，各个L形腹板的L翻边组成横截面为圆形的结构。

进一步的，上述支撑件的轴向中心设置有通孔，上述馈电组件贯穿上述通孔，其底端与上述天线底座相连。

进一步的，上述馈电组件包括：内导体和外导体，其中，内导体和外导体之间填充有绝缘介质；该外导体顶端设置有耳片结构，用于与内导体进行电气连接；该外导体的底端与上述天线底座相连。

进一步的，上述外导体和内导体由多个分段焊接而成。

进一步的，填充介质包括多个分段，其中，相邻分段之间设置有空腔，该空腔的壁上设置有出气孔。

进一步的，上述馈电组件的外导体的外表面与上述通孔的表面胶结。

进一步的，上述螺旋天线还包括：天线罩，其结构与上述支撑件相适配，罩在上述支撑件上，且其底端与上述天线底座相连。

进一步的，上述天线罩的内部与各个L形腹板的L翻边胶结。

通过本实用新型，螺旋天线还包括与天线底座连接的支撑件，其中，该支撑件上设置有固定结构，该固定结构用于在轴向上固定上述螺旋线，以使该螺旋线形成螺旋结构。从而使得螺旋天线的螺旋结构更为稳定。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的支撑件的结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例的馈电组件的结构示意图；

图3是根据本实用新型实施例的外导体分段的结构示意图；

图4是根据本实用新型实施例的填充介质空腔的结构示意图；

图5是根据本实用新型实施例的天线罩的结构示意图；

图6是根据本实用新型实施例的天线底座的结构示意图；

图7是根据本实用新型实施例的螺旋线的示意。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型实施例中，提供了一种螺旋天线，该螺旋天线包括：天线底座、螺旋线和馈电组件，还包括：与天线底座连接的支撑件，其中，该支撑件上设置有固定结构，该固定结构用于在轴向上固定上述螺旋线，以使该螺旋线形成螺旋结构。

在本实用新型的一个可选实施方式中，如图1所示，上述支撑件包括：多个腹板，其中，上述固定结构为设置在上述多个腹板上的多个穿孔，其中，上述螺旋线穿过上述多个穿孔在轴向上形成上述螺旋结构。

可选地，如图1所示，上述多个腹板以轴向为中心按辐射状排布，使得上述支撑件形成柱状结构。

可选地，如图1所示，上述多个腹板为L形，其中，各个L形腹板的L翻边组成横截面为圆形的结构。

在本实用新型的一个可选实施方式中，如图1所示，上述支撑件的轴向中心设置有通孔，上述馈电组件贯穿上述通孔，其底端与上述天线底座相连。天线底座如图6所示。

在本实用新型的一个可选实施方式中，如图2所示，上述馈电组件包括：内导体和外导体，其中，内导体和外导体之间填充有绝缘介质；该外导体顶端设置有耳片结构，用于与内导体进行电气连接；该外导体的底端与上述天线底座相连。

在本实用新型的一个可选实施方式中，为了方便加工，如图3所示，上述外导体和内导体由多个分段焊接而成。

在本实用新型的一个可选实施方式中，如图4所示，填充介质包括多个分段，其中，相邻分段之间设置有空腔，该空腔的壁上设置有出气孔。在填充介质产生热气膨胀时，可以将热气通过出气孔排出到空腔，从而避免馈电组件形变。

为了提高连接强度，在本实用新型的一个可选实施方式中，上述馈电组件的外导体的外表面与上述通孔的表面胶结。

在本实用新型的一个可选实施方式中，如图5所示，上述螺旋天线还包括：天线罩，其结构与上述支撑件相适配，罩在上述支撑件上，且其底端与上述天线底座相连。

为了提高连接强度，在本实用新型的一个可选实施方式中，上述天线罩的内部与各个L形腹板的L翻边胶结。

可选实施方式一

在该可选实施方式中，对于天线的螺旋线增加支撑结构(即上述支撑件)。螺旋线本身属于半柔性体，刚度极低，需要提供支撑结构。该可选实施方式中，如图1所示，天线支撑结构采用4个L形辐射状腹板，外形为圆锥面。腹板上均匀加工螺旋线穿线孔(即上述固定结构)，用于保证螺旋直径、螺距等螺旋特征的尺寸稳定性；支撑根部插入天线底座后胶接；螺旋线支撑中心采用薄壁圆筒结构，馈电组件穿过螺旋线支撑的中心孔，与其内壁胶接，在支撑馈电组件的同时保证了其位置精度及连接的可靠性。

如图2所示，馈电组件由内、外导体和之间的填充介质组成。外导体根部为法兰结构用于与天线底座连接固定；下半部分为圆锥段，保证结构强度、刚度的同时便于机械加工；外导体顶端留有耳片结构，实现与内导体之间的电气连接。

如图3所示，耳片与顶端一体化加工，然后与外导体主体采用焊接方式连接。

为方便机加，如图4所示，将填充介质分为若干小段，考虑到在高温环境条件下会产生较大的热应力作用于内外导体，降低结构的可靠性，因此，在填充介质相邻两段之间预留空腔，并在空腔侧壁留出气孔，用于给介质受热膨胀时提供伸缩空间，从而解决内、外导体与填充介质因热膨胀系数不同而引起的热失配问题。

此外，内导体机加难度较大，可以进行工艺拆分，最终通过焊接方式连为整体。

通过该可选实施方式，可支持螺旋直径较小、螺旋圈数较多的高增益双臂圆柱螺旋天线结构；采用薄壁非金属复合材料做螺旋线支撑兼做内部细长同轴馈电导体的支撑，结构紧凑，重量轻；“4L”型支撑结构提供开放空间便于螺旋线与同轴电缆的焊接操作以及螺旋线接地焊接操作；锥形天线罩与“4L”型内支撑的L翻边胶接后结构整体稳定性及刚度大大提高；采用穿线孔固定螺旋线，每一圈螺旋天线至少穿过天线固定架4次，螺旋尺寸稳定，螺距在天线振动时不发生改变，并为螺旋线的固定提供定位固定点，使其满足高振动、高强度的工作环境；在要求重量轻、刚度和强度要求高的高增益星载螺旋天线领域，其结构优势明显。

此外，本天线结构在满足各项电性能指标要求的前提下，能够满足星载设备结构基频要求高的技术指标；在随机振动载荷、正弦振动载荷及冲击载荷作用下，天线结构强度、安全裕度均能够满足抗力学环境要求；具有较好的温度适应性，在各种工况下均能满足-180℃～+100℃的工作环境要求。基于以上技术指标，本设计的天线构型可形成系列化产品，并能完全满足各类高轨天线的工况和性能技术指标要求，在未来的天线应用中具有广泛的前景。

可选实施方式二

在该可选实施方式中，提供了一种螺旋天线。下面对该可选实施方式的各个部分进行描述。

天线整体构型

天线整体，如图1所示，4个L形腹板结构按辐射状均匀排布，外形为圆锥面；螺旋线穿过各腹板上的螺旋线穿线孔并点胶固定；馈电组件穿过螺旋线支撑的中心孔，与其内壁胶接；螺旋线支撑、天线罩与天线底座各搭接面胶接。

螺旋线支撑

支撑结构如图1所示，采用树脂基凯夫拉纤维增强复合材料(Kevlar-49)一体化成型，4个L形腹板结构按辐射状均匀排布，外形为圆锥面；腹板上均匀加工螺旋线穿线孔用于保证螺旋直径、螺距等螺旋特征的尺寸稳定性；支撑根部插入天线底座后胶接；螺旋线支撑中心孔为通孔，主要用途是支撑馈电组件。

天线罩和顶盖

如图5所示，天线罩、顶盖和螺旋线支撑胶接后形成整体稳定、刚度较高的支撑结构，天线罩底端通过4个螺钉穿过螺旋线支撑后固定在天线底座上。

天线底座

天线底座由2A-12硬铝合金一体化加工而成，如图6所示，其外圆柱面与天线罩胶接，内部斜筋部位加工深槽，深槽提供较大的面积与螺旋线支撑进行胶接；上部腔体底面为天线反射面，兼天线地板。

馈电组件

如图2所示，馈电组件由内、外导体和之间的填充聚四氟乙烯介质组成。

外导体根部为法兰结构用于与天线底座连接固定；下半部分为圆锥段，保证结构强度、刚度的同时便于机械加工；外导体顶端留有耳片结构，实现与内导体之间的电气连接。由于外导体中轴内孔机加困难，结构设计考虑对外导体进行工艺拆分，拆分方式见图3，耳片与顶端一体化加工，然后与外导体主体采用银钎焊的方式进行焊接。

聚四氟乙烯填充介质总长度较长，为方便机加将其分为若干小段。考虑到聚四氟乙烯材料热膨胀系数较大(178×10-61/K)，在120℃的试验高温环境条件下会产生较大的热应力作用于内外导体，降低结构的可靠性。因此，在填充介质相邻两段之间预留空腔，空腔侧壁留出气孔，用于给聚四氟乙烯受热膨胀时提供伸缩空间，从而解决内、外导体与填充介质因热膨胀系数不同而引起的热失配问题。空腔及出气孔示意如图4所示。

内导体机加难度较大，需进行工艺拆分，最终通过银钎焊的方式焊接为整体，内导体结构示意见图4。

螺旋线

天线为双臂螺旋天线，有2个完全相同的螺旋线，其结构尺寸见图7所示，材料为铍青铜，螺旋线顶端与内、外导体进行电气连接，末端与接线柱进行电气连接。

结构连接设计

薄壁复合材料结构件的连接以胶接为主，天线螺旋线支撑与馈电组件、天线罩和天线底板之间均采用胶接的连接方式，胶粘剂选用J-133室温固化结构胶粘剂，各接触面之间为富胶胶接。

天线罩和螺旋线支撑与天线底座除接触面胶接以外，在周向采用钛合金螺钉作加固设计。

螺旋线穿过螺旋线支撑后，穿线孔部位采用GD414硫化硅橡胶固封。

馈电组件外导体与天线底座采用螺钉进行连接。

天线底座与天线支架之间采用螺钉进行连接。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种螺旋天线，包括：天线底座、螺旋线和馈电组件，其特征在于，还包括：与所述天线底座连接的支撑件，其中，

所述支撑件上设置有固定结构，所述固定结构用于在轴向上固定所述螺旋线，以使所述螺旋线形成螺旋结构。

2.根据权利要求1所述的螺旋天线，其特征在于，所述支撑件包括：多个腹板，其中，所述固定结构为设置在所述多个腹板上的多个穿孔，其中，所述螺旋线穿过所述多个穿孔在轴向上形成所述螺旋结构。

3.根据权利要求2所述的螺旋天线，其特征在于，所述多个腹板以轴向为中心按辐射状排布，使得所述支撑件形成柱状结构。

4.根据权利要求3所述的螺旋天线，其特征在于，所述多个腹板为L形，其中，各个L形腹板的L翻边组成横截面为圆形的结构。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的螺旋天线，其特征在于，所述支撑件的轴向中心设置有通孔，所述馈电组件贯穿所述通孔，所述馈电组件的底端与天线底座相连。

6.根据权利要求5所述的螺旋天线，其特征在于，所述馈电组件包括：内导体和外导体，其中，所述内导体和所述外导体之间填充有绝缘介质；所述外导体顶端设置有耳片结构，用于与所述内导体进行电气连接；所述外导体的底端与所述天线底座相连。

7.根据权利要求6所述的螺旋天线，其特征在于，所述外导体和所述内导体由多个分段焊接而成。

8.根据权利要求6所述的螺旋天线，其特征在于，填充介质包括多个分段，其中，相邻分段之间设置有空腔，所述空腔的壁上设置有出气孔。

9.根据权利要求5所述的螺旋天线，其特征在于，所述馈电组件的所述外导体的外表面与所述通孔的表面胶结。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的螺旋天线，其特征在于，还包括：天线罩，其结构与所述支撑件相适配，罩在所述支撑件上，且其底端与所述天线底座相连。