CN205752516U - 极化可重构的锥形螺旋天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种极化可重构的锥形螺旋天线，包括接地板（1），其特征在于：在所述的接地板（1）上设置有锥形支撑体（2），在锥形支撑体（2）外对称地设置有左螺旋槽和右螺旋槽，并且在左螺旋槽和右螺旋槽内设置有螺旋辐射体（3），且所述的螺旋辐射体（3）由聚四氟乙烯外层介质（4）构成，在聚四氟乙烯外层介质（4）的内腔中可填充液态金属镓铟合金，在锥形支撑体（2）外还贴附有馈电带条（5），而螺旋辐射体（3）的起始端与馈电带条（5）相接触。

Description

极化可重构的锥形螺旋天线

技术领域

本实用新型涉及一种螺旋天线，特别是一种极化可重构的锥形螺旋天线。

背景技术

天线是无线通信系统中非常重要的部分。随着通信系统中天线的数量的增加，如何提高通信系统的电磁兼容性是新的挑战。在相关领域技术人员的努力下，可重构天线应运而生，可重构天线与传统的天线相比，可以通过动态改变天线物理结构或尺寸的方式，让一个天线具有多个天线的功能。可重构天线又分频率可重构、极化可重构和方向性图可重构等。2009年，应用液态金属镓铟合金（Eutectic gallium- indium, EGaIn）制备天线为可重构天线的实现开辟了新的途径，这种液态金属不仅能很好地接受信号，而且反复弯折也不会导致材料“疲劳”，具有自我修复能力，因此具备了实现可重构天线的特质。自2009年，科学界分别提出了应用液态金属设计的不平衡的环形天线、微带天线、利用压力响应调整电长度，进而实现频率可重构的液态金属天线、频率可重构的单极子天线等。但到目前为止，国内外还未有基于液态金属的可重构螺旋天线的研究。

发明内容

本实用新型是为了解决现有技术所存在的上述不足，提出一种结构简单，设计巧妙，极化可重构的锥形螺旋天线。

本实用新型的技术解决方案是：一种极化可重构的锥形螺旋天线，包括接地板1，其特征在于：在所述的接地板1上设置有锥形支撑体2，在锥形支撑体2外对称地设置有左螺旋槽和右螺旋槽，并且在左螺旋槽和右螺旋槽内设置有螺旋辐射体3，且所述的螺旋辐射体3由聚四氟乙烯外层介质4构成，在聚四氟乙烯外层介质4的内腔中可填充液态金属镓铟合金，在锥形支撑体2外还贴附有馈电带条5，而螺旋辐射体3的起始端与馈电带条5相接触，所述的螺旋辐射体3的参数方程为：

其中R为螺旋辐射体3的顶面半径、为螺旋辐射体3的底面半径、N为螺旋辐射体3的螺旋圈数、为螺旋辐射体3的起始升角、为螺旋辐射体3的终止升角，t为形成螺旋辐射体3的螺旋管环绕过程中弧度变化值，变化范围为。

所述的馈电带条5为矩形。

所述螺旋辐射体3的底面直径为D，螺旋辐射体3中心频率所对应的波长为，且D/=0.25-0.42。

本实用新型同现有技术相比，具有如下优点：

本种结构形式的新型锥形螺旋天线，其结构简单，设计巧妙，布局合理，它在传统结构锥形螺旋天线的基础上做出改进，它根据螺旋天线的底面半径、初始升角限定，通过对螺旋终止升角和螺旋天线顶面半径的比例关系调整，使螺旋天线的圆极化辐射特性达到最优值；同时它巧妙地利用液态金属镓铟合金的流动性和聚四氟乙烯的高润滑、不粘的特性，可以快速、方便的进行左右极化的切换。并且它的制作工艺简单，制造成本低廉，因此可以说这种新型锥形螺旋天线具备了多种优点，特别适合于在本领域中推广应用，其市场前景十分广阔。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图；

图2a为轴向轴比和增益随频率变化曲线(LHCP)；

图2b为轴向轴比和增益随频率变化曲线(RHCP) ；

图3a为反射系数随频率变化曲线(LHCP)；

图3b为反射系数随频率变化曲线(RHCP) ；

图4a为圆极化场的仿真方向性图(LHCP 在xoz 平面)；

图4b为圆极化场的仿真方向性图(LHCP 在yoz 平面)；

图4c为圆极化场的仿真方向性图(RHCP 在 xoz平面)；

图4d为圆极化场的仿真方向性图(RHCP 在yoz 平面)。

具体实施方式

下面将结合附图说明本实用新型的具体实施方式。如图1至图4d所示：一种极化可重构的锥形螺旋天线，包括接地板1，在所述的接地板1上设置有锥形支撑体2，在锥形支撑体2外对称地设置有左螺旋槽和右螺旋槽，并且在左螺旋槽和右螺旋槽内设置有螺旋辐射体3，且所述的螺旋辐射体3由聚四氟乙烯外层介质4构成，在聚四氟乙烯外层介质4的内腔中可填充液态金属镓铟合金，在在锥形支撑体2外还贴附有馈电带条5，这里的馈电带条5为矩形，而螺旋辐射体3的起始端与馈电带条5相接触，所述的螺旋辐射体3的参数方程为：

其中R为螺旋辐射体3的顶面半径、为螺旋辐射体3的底面半径、N为螺旋辐射体3的螺旋圈数（具体实施例中N=4）、为螺旋辐射体3的起始升角（具体实施例中=14°）、α₁为螺旋辐射体3的终止升角（具体实施例中=7°），t为形成螺旋辐射体3的螺旋管环绕过程中弧度变化值，变化范围为。

所述螺旋辐射体3的底面直径为D，螺旋辐射体3中心频率所对应的波长为，且D/=0.25-0.42。

为了在降低剖面的同时不破坏螺旋辐射体3上的电流分布，选取螺旋管环绕过程中弧度变化t的终止值为2π×2，采用截断式结构，即截断螺旋辐射体3中下部分的2圈作为锥形螺旋天线的主体；馈电带条5为矩形结构铜带条；通过调整馈电带条5的尺寸来调整锥形螺旋天线的阻抗匹配。通过螺旋终止升角和螺旋天线的顶面半径，使螺旋天线的圆极化辐射特性达到最优值。

需要实现左、右极化重构时，分别将液态金属镓铟合金（Eutectic gallium-indium, EGaIn）注射入聚四氟乙烯外层介质4中，形成一个完整的螺旋辐射体3。

以应用海事卫星通信为例，选取中心频率为1.6GHz。仿真锥形螺旋天线，得到410MHz的轴比带宽。在轴比带宽范围内，最大增益约8dB。反射系数<-15dB的频率范围为1430-1850MHz。在YOZ平面上，左旋和右旋半功率波瓣宽度分别达到56.4°和56.2°，在XOZ平面均为44°。

Claims (3)

1.一种极化可重构的锥形螺旋天线，包括接地板（1），其特征在于：在所述的接地板（1）上设置有锥形支撑体（2），在锥形支撑体（2）外对称地设置有左螺旋槽和右螺旋槽，并且在左螺旋槽和右螺旋槽内设置有螺旋辐射体（3），且所述的螺旋辐射体（3）由聚四氟乙烯外层介质（4）构成，在聚四氟乙烯外层介质（4）的内腔中可填充液态金属镓铟合金，在锥形支撑体（2）外还贴附有馈电带条（5），而螺旋辐射体（3）的起始端与馈电带条（5）相接触，所述的螺旋辐射体（3）的参数方程为：

其中R为螺旋辐射体（3）的顶面半径、为螺旋辐射体（3）的底面半径、N为螺旋辐射体（3）的螺旋圈数、为螺旋辐射体（3）的起始升角、为螺旋辐射体（3）的终止升角，t为形成螺旋辐射体（3）的螺旋管环绕过程中弧度变化值，变化范围为。

2.根据权利要求1所述的极化可重构的锥形螺旋天线，其特征在于：所述的馈电带条（5）为矩形。

3.根据权利要求1所述的极化可重构的锥形螺旋天线，其特征在于：所述螺旋辐射体（3）的底面直径为D，螺旋辐射体（3）中心频率所对应的波长为，且D/=0.25-0.42。