一種帶背腔結(jié)構(gòu)的平面螺旋天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微波器件領(lǐng)域，具體涉及一種帶背腔結(jié)構(gòu)的平面螺旋天線。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)高速無線通信提出了更高的要求。作為一種短距離無線通信技術(shù)，超寬帶(UWB)具有傳輸速率高、功耗低、安全性好、抗多徑能力強(qiáng)、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，引起了人們前所未有的關(guān)注。平面螺旋天線是一種超寬帶天線，該天線在很寬的頻帶內(nèi)具有良好的阻抗特性、方向圖特性和圓極化特性，在電子對(duì)抗領(lǐng)域得到了廣泛的重視和應(yīng)用。平面螺旋天線包括等角螺旋天線和阿基米德螺旋天線，平面螺旋天線為平衡結(jié)構(gòu)，當(dāng)用同軸線等非平衡傳輸線對(duì)其饋電時(shí)需要加巴倫來平衡電流。申請(qǐng)?zhí)枮镃N200810202640.5的中國專利“帶背腔的超寬帶平面螺旋天線”中，提出了一種基于拋物曲面反射腔的平面螺旋天線，但是該天線在0.36-6.83GHz內(nèi)駐波比僅小于2，抗干擾能力較差;而且隨著應(yīng)用頻率的增長，其天線輻射損耗會(huì)增大，限制了其應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對(duì)【背景技術(shù)】存在的缺陷，提出了一種新型的階梯狀背腔結(jié)構(gòu)的平面螺旋天線，該天線在8-lSGHz內(nèi)駐波比小于1.45，天線的發(fā)射和接收效率高。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0005]—種帶背腔結(jié)構(gòu)的平面螺旋天線，包括輸入輸出端口 8、指數(shù)漸變巴倫5、平面螺旋天線1、介質(zhì)板2和金屬背腔7，所述指數(shù)漸變巴倫5包括平衡端6和非平衡端4，所述平衡端6連接平面螺旋天線I的兩臂3，所述非平衡端4連接輸入輸出端口 8，所述指數(shù)漸變巴倫5由金屬背腔7包裹;其特征在于，所述金屬背腔7為階梯狀結(jié)構(gòu)，階梯由平衡端到非平衡端方向上呈上升趨勢。
[0006]進(jìn)一步地，所述平面螺旋天線I由兩個(gè)中心對(duì)稱的螺旋天線組成，且螺線的寬度與螺線間的間隔相等，這樣形成的互補(bǔ)結(jié)構(gòu)，有利于阻抗的寬帶特性。
[0007]進(jìn)一步地，所述平面螺旋天線I采用印刷電路技術(shù)制作。
[0008]進(jìn)一步地，所述指數(shù)漸變巴倫5為形成于介質(zhì)基片上的寬度漸變的金屬帶，包括平衡端6和非平衡端4，所述平衡端6連接平面螺旋天線I的兩臂3，所述非平衡端4連接輸入輸出端口 8。
[0009]進(jìn)一步地，所述金屬背腔7為三級(jí)階梯狀結(jié)構(gòu)，口徑大于平面螺旋天線I。
[0010]進(jìn)一步地，所述平面螺旋天線I由螺旋方程建立得到，位于介質(zhì)板2的正面，金屬背腔為階梯狀結(jié)構(gòu)，位于介質(zhì)板2的背面。
[0011]本發(fā)明的有益效果為:
[0012]本發(fā)明平面螺旋天線采用新型的階梯狀背腔結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了8-lSGHz的寬帶范圍內(nèi)駐波比小于1.45，具有較好的抗干擾能力，改善了平面螺旋天線的性能。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明平面螺旋天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明帶背腔結(jié)構(gòu)的平面螺旋天線中指數(shù)漸變巴倫5的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3為本發(fā)明帶背腔結(jié)構(gòu)的平面螺旋天線的階梯狀背腔的剖視圖；
[0016]圖4為本發(fā)明帶背腔結(jié)構(gòu)的平面螺旋天線的仿真駐波比示意圖；
[0017]圖5為本發(fā)明帶背腔結(jié)構(gòu)的平面螺旋天線的增益仿真示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，詳述本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0019]如圖1、2、3所示，實(shí)施例帶背腔結(jié)構(gòu)的平面螺旋天線包括輸入輸出端口8、指數(shù)漸變巴倫5、平面螺旋天線1、介質(zhì)板2和金屬背腔7;所述平面螺旋天線I由螺旋方程建立得到，通過印刷電路工藝印刷在介質(zhì)板的正面，所述金屬背腔7為三級(jí)階梯狀結(jié)構(gòu)，位于介質(zhì)板2的背面。
[0020]進(jìn)一步地，所述金屬背腔7為三級(jí)階梯狀結(jié)構(gòu)，由平衡端到非平衡端方向上依次為第一階梯、第二階梯和第三階梯;所述第一階梯的長度為頻率范圍最大波長的四分之一，第二階梯的長度為中心頻率對(duì)應(yīng)波長的四分之一，第三階梯的長度為頻率范圍最小波長的四分之一，從巴倫平衡端到非平衡端方向階梯狀背腔的橫截面依次增大。
[0021]進(jìn)一步地，所述平面螺旋天線I由螺旋方程建立得到，具體的參數(shù)設(shè)置滿足:
[0022](a)螺線的外徑D取決于下限工作頻率的波長Amax，其周長C = JiD 2 1.25Amax;
[0023](b)螺線的內(nèi)徑2ro，即饋電點(diǎn)的間距，對(duì)天線阻抗匹配和上限工作頻率都有較大的影響，應(yīng)結(jié)合饋電方式考慮，但2ro必須小于Amin/4 ；
[0024](c)螺線增長率a愈小，螺線的曲率愈大，則密度愈甚，終端效應(yīng)小，但圈數(shù)過多傳輸損耗增大，通常取每臂約20圈；
[0025](d)螺線寬度通常等于相鄰螺線的間隙寬度稱自補(bǔ)結(jié)構(gòu)，兩臂為無限長的自補(bǔ)結(jié)構(gòu)天線輸入阻抗理論值為188.5Ω，一般實(shí)際天線約為140Ω ;若螺線寬度大于間隙寬度可降低輸入阻抗。
[0026]進(jìn)一步地，所述指數(shù)漸變巴倫5采用指數(shù)型雙面微帶線結(jié)構(gòu)，包括平衡端6和非平衡端4，所述平衡端6連接平面螺旋天線I的兩臂3，所述非平衡端4連接輸入輸出端口 8。
[0027]進(jìn)一步地，所述介質(zhì)板2為Rogerss 4003介質(zhì)基板。
[0028]實(shí)施例所述帶背腔結(jié)構(gòu)的平面螺旋天線應(yīng)用時(shí)，非平衡端4外接信號(hào)源，信號(hào)源通過指數(shù)漸變巴倫5傳輸?shù)狡矫媛菪炀€的兩臂3，再由平面螺旋天線的兩臂3向介質(zhì)板2正反面輻射，向反面輻射的信號(hào)經(jīng)過本發(fā)明提出的階梯狀金屬背腔7反射，反射回來的信號(hào)在平面螺旋天線I一側(cè)疊加，產(chǎn)生效率更高的輻射，并且由于特殊腔體的影響，輻射的信號(hào)駐波比很小(小于1.45)，在工作頻率范圍內(nèi)(8-18GHz)抗干擾能力很強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)通信功能。
[0029]如圖4所示，為本發(fā)明帶背腔結(jié)構(gòu)的平面螺旋天線的仿真駐波比示意圖，其中橫坐標(biāo)代表頻率，單位GHz，縱坐標(biāo)為駐波比值，單位是dB;由圖4可知，本發(fā)明帶背腔結(jié)構(gòu)的平面螺旋天線在8-lSGHz頻率范圍內(nèi)，駐波比小于1.45。圖5為本發(fā)明帶背腔結(jié)構(gòu)的平面螺旋天線的增益仿真示意圖；由圖5可知，本發(fā)明螺旋天線的增益為3.6dB。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種帶背腔結(jié)構(gòu)的平面螺旋天線，包括輸入輸出端口(8)、指數(shù)漸變巴倫(5)、平面螺旋天線(I)、介質(zhì)板(2)和金屬背腔(7)，所述指數(shù)漸變巴倫(5)包括平衡端(6)和非平衡端(4)，所述平衡端(6)連接平面螺旋天線(I)的兩臂(3)，所述非平衡端(4)連接輸入輸出端口(8)，所述指數(shù)漸變巴倫(5)由金屬背腔(7)包裹;其特征在于，所述金屬背腔(7)為階梯狀結(jié)構(gòu)，階梯由平衡端到非平衡端方向上呈上升趨勢。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶背腔結(jié)構(gòu)的平面螺旋天線，其特征在于，所述平面螺旋天線(I)由兩個(gè)中心對(duì)稱的螺旋天線組成，且螺線的寬度與螺線間的間隔相等。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶背腔結(jié)構(gòu)的平面螺旋天線，其特征在于，所述平面螺旋天線I采用印刷電路技術(shù)制作。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶背腔結(jié)構(gòu)的平面螺旋天線，其特征在于，所述金屬背腔(7)為三級(jí)階梯狀結(jié)構(gòu)，口徑大于平面螺旋天線(I)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶背腔結(jié)構(gòu)的平面螺旋天線，其特征在于，所述平面螺旋天線(I)由螺旋方程建立得到，位于介質(zhì)板(2)的正面，金屬背腔為階梯狀結(jié)構(gòu)，位于介質(zhì)板(2)的背面。
【專利摘要】一種帶背腔結(jié)構(gòu)的平面螺旋天線，屬于微波器件領(lǐng)域。包括輸入輸出端口、指數(shù)漸變巴倫、平面螺旋天線、介質(zhì)板和金屬背腔，所述指數(shù)漸變巴倫包括平衡端和非平衡端，所述平衡端連接平面螺旋天線的兩臂，所述非平衡端連接輸入輸出端口，所述指數(shù)漸變巴倫由金屬背腔包裹；其特征在于，所述金屬背腔為階梯狀結(jié)構(gòu)，階梯由平衡端到非平衡端方向上呈上升趨勢。本發(fā)明平面螺旋天線采用新型的階梯狀背腔結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了8-18GHz的寬帶范圍內(nèi)駐波比小于1.45，具有較好的抗干擾能力，改善了平面螺旋天線的性能。
【IPC分類】H01Q13/08, H01Q1/38, H01Q19/10
【公開號(hào)】CN105609960
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610055964
【發(fā)明人】楊青慧, 趙志晨, 張懷武, 文岐業(yè), 劉元昆, 安照輝, 杜姍姍, 劉銀中
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)
【公開日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2016年1月27日