專利名稱：高增益平面寬頻天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波技術(shù)。
背景技術(shù)：
螺旋天線本身可實(shí)現(xiàn)寬頻和波束圓極化，且體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在衛(wèi)星通 訊中的抗干擾和電子對(duì)抗領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。而現(xiàn)代天線領(lǐng)域中，傾斜波束指向的 平面螺旋天線可不需要傾斜天線平面以達(dá)到波束指向?qū)?zhǔn)衛(wèi)星的目的，且尺寸小，輪廓低， 因而作為地面移動(dòng)通信天線也引起了廣泛的關(guān)注。平面寬頻螺旋天線已經(jīng)有很多文獻(xiàn)提 及。但實(shí)現(xiàn)單向高增益的寬頻螺旋天線 在國內(nèi)還屬于空白。目前，普通的背腔式螺旋天線由于反射腔的長度改變了螺旋天線的非頻變特性， 一般會(huì)在背腔內(nèi)填充電磁吸波材料來減少諧振效應(yīng)，這樣天線背腔方向的能量會(huì)被吸波材 料吸收，轉(zhuǎn)換成熱能釋放，這樣雖實(shí)現(xiàn)了螺旋天線的非頻變效應(yīng)，但由于吸波材料引起的損 耗導(dǎo)致天線增益很低，同時(shí)天線增益在整個(gè)帶寬內(nèi)變化很大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種具有高增益、低軸比的寬頻天線。本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，高增益平面寬頻天線，包括阿基米 德螺旋天線輻射片、漸變巴倫和外殼，外殼內(nèi)設(shè)置有反射腔，阿基米德螺旋天線輻射片通過 漸變巴倫連接到信號(hào)源接入端。所述阿基米德螺旋天線輻射片具有雙螺旋結(jié)構(gòu)，兩個(gè)螺旋臂分別通過漸變巴倫兩 面的微帶線連接到信號(hào)接入端。所述漸變巴倫由介質(zhì)基片和分別設(shè)置在介質(zhì)基片兩面的微帶線構(gòu)成，介質(zhì)基片兩 面的微帶線的外輪廓為指數(shù)漸變線。所述外殼具有圓柱形內(nèi)壁，反射腔的底部設(shè)置有反射圓臺(tái)，圓柱形內(nèi)壁和反射圓 臺(tái)之間的空腔構(gòu)成反射腔，反射腔的頂部為阿基米德螺旋天線輻射片。所述反射圓臺(tái)底面到輻射片的距離為1/4最大波長，圓臺(tái)上表面到阿基米德螺旋 天線輻射片的距離為1/4最小波長，圓臺(tái)上表面的周長為最小波長，圓臺(tái)下表面周長為最 大波長。所述阿基米德螺旋天線輻射片是微帶線寬與間隙寬度相等的自補(bǔ)型阿基米德平 面螺旋天線輻射片。所述漸變巴倫設(shè)置于反射腔中軸位置，穿過反射腔圓臺(tái)的頂面。本發(fā)明的有益效果是，寬頻螺旋天線的增益有了很大程度的提高，遠(yuǎn)場(chǎng)輻射的圓 極化特性良好，同時(shí)整個(gè)天線系統(tǒng)的駐波也具有較好的性能。本發(fā)明具有高增益和穩(wěn)定的 增益、較低的軸比，在軍事和民用方面具有有著廣泛的應(yīng)用前景。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。


圖1為本發(fā)明的反射腔沿中軸線剖面(縱向剖面)示意圖。圖2為本發(fā)明的阿基米德螺旋天線輻射片示意圖。圖3為本發(fā)明的漸變巴倫結(jié)構(gòu)示意圖。a、b分別為介質(zhì)基片兩面的微帶線示意圖。圖4為異型反射腔模型圖。 圖5為阿基米德螺旋天線輻射片與微帶漸變巴倫連接示意圖(仿真圖)。
具體實(shí)施例方式參見圖1 5。本發(fā)明的工作原理為微波能量通過微帶漸變巴倫2從信號(hào)源饋入阿基米德螺旋 天線輻射片1，輻射片產(chǎn)生正向輻射和背向輻射，背向輻射的電磁信號(hào)通過異形反射腔4反 射回正向輻射，與原本正向輻射的信號(hào)疊加，從而使正向輻射能量增加，天線增益增加。本發(fā)明由阿基米德螺旋天線輻射片1、外殼3、漸變巴倫2和信號(hào)輸入端構(gòu)成，外殼 內(nèi)有一反射腔4，反射腔4內(nèi)設(shè)置有一反射圓臺(tái)5，圓臺(tái)的外表面為反射面。反射腔4的內(nèi) 壁為圓柱形，圓柱和圓臺(tái)共軸。圓臺(tái)底面到輻射片的距離為1/4最大波長，圓臺(tái)上表面到輻 射器的距離為1/4最小波長，圓臺(tái)上表面的周長為最小波長，圓臺(tái)下表面為最大波長。阿基米德螺旋天線輻射片1具有雙螺旋結(jié)構(gòu)，輻射片上微帶線寬與間隙寬度相 等，兩個(gè)微帶線螺旋臂在輻射片中心位置分別通過漸變巴倫兩面的微帶線連接到信號(hào)接入 端，如圖2。漸變巴倫的介質(zhì)基板兩面分別設(shè)置有指數(shù)漸變微帶線，兩條微帶線分別與螺旋 天線的兩個(gè)螺旋臂連接，漸變巴倫位于反射腔的中軸位置，穿過圓臺(tái)的頂面，漸變巴倫的微 帶線接信號(hào)輸入端。進(jìn)一步的說，漸變巴倫的微帶線為指數(shù)漸變。當(dāng)首末兩點(diǎn)確定后，指數(shù)漸變的曲線 隨之確定。以下簡述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程。步驟一、天線片輻射器的建模與仿真以8 18GHz的頻率為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)一個(gè)阿基米德螺旋結(jié)構(gòu)的天線片粗形。以35X35的網(wǎng)格劃分密度對(duì)天線片粗形進(jìn)行初仿真。調(diào)整此天線片粗形的敏感系數(shù)天線臂寬D ；線間間距d和螺旋曲率a進(jìn)行初防
直
ο對(duì)比初仿真結(jié)果(simth圓圖；輻射方向圖)挑選具有可接受的天線片的特性阻抗 和輻射增益的天線數(shù)據(jù)，得出天線片輻射器的最終模型。步驟二、微帶漸變線巴倫饋電系統(tǒng)的建模和仿真以實(shí)現(xiàn)同軸線不平衡饋電到平行雙線的平衡饋電為目的，設(shè)計(jì)一個(gè)微帶線到平行 雙線的基本饋電模型。在饋電模型的基礎(chǔ)上利用指數(shù)漸變線建立出微帶漸變巴倫。饋電端50歐姆，匹配端以天線片特性阻抗為參照，利用CST對(duì)微帶漸變巴倫的敏 感系數(shù)(長度L;非平衡端上下寬度dl，d2;平衡端寬度d3，漸變系數(shù)b)進(jìn)行仿真。分析所用仿真結(jié)果(駐波比)，挑選出可接受的仿真數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)天饋系統(tǒng)的最好 匹配。
組合天饋系統(tǒng)進(jìn)行第一次收驗(yàn)分析。步驟三、反射腔體的設(shè)計(jì)、建模和仿真以最大和最小輻射波長為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)一個(gè)內(nèi)側(cè)帶圓錐體的腔體模型。組合腔體模型與天饋系統(tǒng)成整機(jī)。對(duì)腔體敏感系數(shù)(錐體高度h，上下錐面半徑r，R ；)進(jìn)行大量仿真。對(duì)比輻射增益特性圖，選出可接受腔體數(shù)據(jù)。對(duì)整機(jī)進(jìn)行第二次收驗(yàn)分析。步驟四、天線整機(jī)實(shí)物制作按最終收驗(yàn)分析得出的天線設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)利用autoCAD進(jìn)行工程繪圖，曲線用Vb程序 設(shè)計(jì)語言實(shí)現(xiàn).將最終工程圖輸入，在介電常數(shù)為2. 2的介電基板上進(jìn)行光刻，精確到0. 1mm。按最終收驗(yàn)分析得出異型反射腔體數(shù)據(jù)同樣利用autoCAD進(jìn)行工程制圖，螺絲口 采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)M0. 6和M2。將最終工程圖輸入高精度數(shù)控加工車床，利用輕質(zhì)鋁，設(shè)置2絲加工精度，腔體內(nèi) 表面0. 8光潔度，進(jìn)行腔體加工。超聲波電焊組合天饋體統(tǒng)，組裝整機(jī)，饋電口采用50歐姆鍍金接口。步驟五、天線整機(jī)實(shí)物測(cè)試?yán)镁W(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)天線整機(jī)進(jìn)行駐波測(cè)試。利用微波暗室測(cè)試天線輻射特性圖，測(cè)出天線增益和天線圓極化軸比。通過上述內(nèi)容，結(jié)合具體的波長、增益等設(shè)計(jì)要求，即可確定本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)的 各項(xiàng)參數(shù)。本發(fā)明的說明書已經(jīng)對(duì)本發(fā)明的原理和必要的細(xì)節(jié)作出了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員完全能夠據(jù)此實(shí)施本發(fā)明，故對(duì)于更詳細(xì)的細(xì)節(jié)不再贅述。
權(quán)利要求
高增益平面寬頻天線，其特征在于，包括阿基米德螺旋天線輻射片(1)、漸變巴倫(2)和外殼(3)，外殼內(nèi)設(shè)置有反射腔(4)，阿基米德螺旋天線輻射片(1)通過漸變巴倫(2)連接到信號(hào)源接入端。
2.如權(quán)利要求1所述的高增益平面寬頻天線，其特征在于，所述阿基米德螺旋天線輻 射片(1)具有雙螺旋結(jié)構(gòu)，兩個(gè)螺旋臂分別通過漸變巴倫(2)兩面的微帶線連接到信號(hào)接 入端。
3.如權(quán)利要求2所述的高增益平面寬頻天線，其特征在于，所述漸變巴倫(2)由介質(zhì)基 片(21)和分別設(shè)置在介質(zhì)基片兩面的微帶線構(gòu)成，介質(zhì)基片(21)兩面的微帶線的外輪廓 為指數(shù)漸變線。
4.如權(quán)利要求2所述的高增益平面寬頻天線，其特征在于，所述外殼(3)具有圓柱形 內(nèi)壁，反射腔的底部設(shè)置有反射圓臺(tái)(5)，圓柱形內(nèi)壁和反射圓臺(tái)(5)之間的空腔構(gòu)成反射 腔，反射腔的頂部為阿基米德螺旋天線輻射片(1)。
5.如權(quán)利要求4所述的高增益平面寬頻天線，其特征在于，所述反射圓臺(tái)底面到阿基 米德螺旋天線輻射片(1)的距離為1/4最大波長，圓臺(tái)上表面到阿基米德螺旋天線輻射片 (1)的距離為1/4最小波長，圓臺(tái)上表面的周長為最小波長，圓臺(tái)下表面周長為最大波長。
6.如權(quán)利要求4所述的高增益平面寬頻天線，其特征在于，所述阿基米德螺旋天線輻 射片(1)是微帶線寬與間隙寬度相等的自補(bǔ)型阿基米德平面螺旋天線輻射片。
7.如權(quán)利要求1所述的高增益平面寬頻天線，其特征在于，所述漸變巴倫(2)設(shè)置于反 射腔中軸位置，穿過反射腔圓臺(tái)的頂面。
全文摘要
高增益平面寬頻天線，涉及微波技術(shù)。本發(fā)明包括阿基米德螺旋天線輻射片、漸變巴倫和外殼，外殼內(nèi)設(shè)置有反射腔，阿基米德螺旋天線輻射片通過漸變巴倫連接到信號(hào)源接入端。本發(fā)明的有益效果是，寬頻螺旋天線的增益有了很大程度的提高，遠(yuǎn)場(chǎng)輻射的圓極化特性良好，同時(shí)整個(gè)天線系統(tǒng)的駐波也具有較好的性能。本發(fā)明具有高增益和穩(wěn)定的增益、較低的軸比，在軍事和民用方面具有著廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H01Q1/36GK101872895SQ20101018792
公開日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2010年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月31日
發(fā)明者劉暢, 劉穎力, 張懷武, 楊青慧, 范丹 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)