一種同軸饋電螺旋圓極化全向天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種同軸饋電螺旋圓極化全向天線，其由四個(gè)平面螺旋加載臂1、饋電圓盤2、圓形底盤3、同軸接插件4和多個(gè)短路柱5組成，四個(gè)平面螺旋加載臂1均勻設(shè)置于饋電圓盤2的邊沿且與饋電圓盤2處于同一平面；饋電圓盤2通過多個(gè)短路柱5與圓形底盤3相連接；饋電圓盤2的圓心與圓形底盤3的圓心共法線；饋電圓盤2的直徑小于圓形底盤3的直徑；同軸接插件4的內(nèi)導(dǎo)體與饋電圓盤2相連接，外導(dǎo)體與圓形底盤3相連接。本天線阻抗帶寬大于55％，小于3dB的軸比帶寬大于51％，帶寬內(nèi)不圓度小于1dB；且天線結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，軸比帶寬寬，輪廓低，損耗小。
【專利說明】
一種同軸饋電螺旋圓極化全向天線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及測控通信及微波通信領(lǐng)域中全向天線，該天線設(shè)計(jì)的技術(shù)主要包括： 全向圓極化天線技術(shù)、低輪廓全向技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前無線通信技術(shù)快速發(fā)展，全向天線作為一種特殊的天線形式廣泛的應(yīng)用在微 波通信中，常見形式為垂直極化全向天線。由于圓極化電磁波具有抗多徑效應(yīng)，可接收任意 極化的電磁波，最近些年越來越受到重視，而寬帶圓極化全向天線也是研究的重點(diǎn)，其技術(shù) 難點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)天線的低輪廓和寬頻帶。
[0003] 全向圓極化天線主要有以下幾種天線形式，但各有優(yōu)缺點(diǎn)：
[0004] 1、四半波陣子形式:該天線結(jié)構(gòu)由四個(gè)傾斜45°的半波振子組成的四面體天線，采 用帶有巴倫的同軸電纜對每個(gè)半波振子進(jìn)行饋電，并利用合路器對四個(gè)半波陣子的功率進(jìn) 行合成;此天線的特點(diǎn)：天線不圓度小于〇.8dB，圓極化軸比小于3dB的帶寬為18%;但此天 線由于采用同軸電纜的焊接饋電方式，為提供焊接、和走線空間天線的尺寸不能過小，所以 適用于C及以下頻段，此形式并不適用高頻全向圓極化天線。
[0005] 2、周圍過孔微帶貼片天線，該天線形式具有輪廓低、可集成有源器件、，帶寬適中 的特點(diǎn)，其圓極化軸比帶寬為6%，該天線較適用于安裝在要求共形設(shè)計(jì)的載體上，占用載 體空間較小;但該天線單元的帶寬有限，無法滿足寬帶系統(tǒng)使用。
[0006] 3、基于渦扇銅片和過孔的全向圓極化天線，該天線采用了 6片渦扇銅片和過孔形 成了全向輻射的電磁結(jié)構(gòu)，其基板為高介電常數(shù)板材，天線的工作帶寬大于35%;但該天線 的禍扇銅片結(jié)構(gòu)需要機(jī)械定位安裝，與介質(zhì)板不能一體加工，相對于采用PCB工藝的天線結(jié) 構(gòu)，加工精度受到一定的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于避免上述【背景技術(shù)】中的不足之處而提供一種同軸饋電螺旋圓 極化全向天線，本發(fā)明的特點(diǎn)是，輪廓低，軸比帶寬寬，加工精度高，結(jié)構(gòu)緊湊。
[0008] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種同軸饋電螺旋圓極化全向天線，包括四個(gè)平面螺旋加 載臂1、饋電圓盤2、圓形底盤3、同軸接插件4和多個(gè)短路柱5,四個(gè)平面螺旋加載臂1均勻設(shè) 置于饋電圓盤2的邊沿且與饋電圓盤2處于同一平面;饋電圓盤2通過多個(gè)短路柱5與圓形底 盤3相連接；圓形底盤3設(shè)置在饋電圓盤2的下方且饋電圓盤2的圓心與圓形底盤3的圓心共 法線;饋電圓盤2的直徑小于圓形底盤3的直徑；同軸接插件4的內(nèi)導(dǎo)體與饋電圓盤2相連接， 外導(dǎo)體與圓形底盤3相連接。
[0009] 進(jìn)一步地，平面螺旋加載臂1由內(nèi)指數(shù)漸變曲線和外指數(shù)漸變曲線圍合而成，其服 從以下極坐標(biāo)方程式：
[0010]內(nèi)指數(shù)漸變曲線仍滿足以下的方程:Pl=(D/2)e-丨 [0011 ]外指數(shù)漸變曲線仍滿足以下的方程：/? = (Z>/ 2 -;
[0012] 式中，φ為旋轉(zhuǎn)角度，Ο = 0.75λ〇，λ〇為中心頻率對應(yīng)的波長，t = 0.75mm，a為第一曲 率系數(shù)，為第二曲率系數(shù)。
[0013] 進(jìn)一步地，〇·3〈α〈〇·5。
[0014] 進(jìn)一步地，饋電圓盤2與四個(gè)平面螺旋加載臂1為一體結(jié)構(gòu)。
[0015] 進(jìn)一步地，饋電圓盤2和圓形底盤3的材質(zhì)均為鋁。
[0016] 進(jìn)一步地，饋電圓盤2的直徑為0.35λ〇，厚度為1mm;圓形底盤3的直徑為0.45λ〇，厚 度為1mm;饋電圓盤2和圓形底盤3的間距為0.05λ〇;其中，λ〇為中心頻率對應(yīng)的波長。
[0017] 進(jìn)一步地，饋電圓盤2和圓形底盤3之間設(shè)置有12個(gè)短路柱5,12個(gè)短路柱5圍繞著 圓形底盤3的圓心均勻排列一周，圍繞半徑為0.42λ〇;其中，λ〇為中心頻率對應(yīng)的波長。
[0018] 本發(fā)明與【背景技術(shù)】比較有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0019] 1、本發(fā)明設(shè)置了一種同軸饋電螺旋圓極化全向天線，其由平面螺旋加載臂1、饋電 圓盤2、圓形底盤3、同軸接插件4、短路柱5組成，天線阻抗帶寬大于55%，小于3dB的軸比帶 寬大于51%，帶寬內(nèi)不圓度小于ldB。
[0020] 2、本發(fā)明整個(gè)天線結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，軸比帶寬寬，輪廓低，損耗小。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發(fā)明三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2是本發(fā)明的俯視不意圖。
[0023]圖3是本發(fā)明的側(cè)視示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 參照圖1、圖2、圖3,一種同軸饋電螺旋圓極化全向天線，由四個(gè)平面螺旋加載臂1、 饋電圓盤2、圓形底盤3、同軸接插件4和多個(gè)短路柱5組成。
[0025] 饋電圓盤2與四個(gè)平面螺旋加載臂1為一體結(jié)構(gòu)且處于同一平面，位于天線最上 層。四個(gè)平面螺旋加載臂1以饋電圓盤2的中心為旋轉(zhuǎn)中心圍繞在其四周，四個(gè)平面螺旋加 載臂的角度間隔為90°，用于收發(fā)天線的輻射信號。每個(gè)平面螺旋加載臂均由內(nèi)指數(shù)漸變曲 線和外指數(shù)漸變曲線圍繞而成，其服從以下極坐標(biāo)方程式：
[0026]內(nèi)指數(shù)漸變曲線仍滿足以下的方程
[0027] 外指數(shù)漸變曲線仍滿足以下的方程:鳥=(1>/2-
[0028] 式中，Φ為旋轉(zhuǎn)角度，D取0.75人〇(\〇為中心頻率對應(yīng)的波長），t = 0.75mm，a為第一 曲率系數(shù)，為第二曲率系數(shù)，〇.3〈a〈〇.5。
[0029] 饋電圓盤2的直徑通常為0.35λ〇,其厚度為1mm的鋁板，與四個(gè)平面螺旋加載臂1為 整體結(jié)構(gòu)，借助數(shù)控機(jī)床加工工藝加工而成。
[0030]圓形底盤3位于天線體的最底層，其直徑為0.45λ〇,錯(cuò)板厚度同樣為1mm。饋電圓盤 2和圓形底盤3為同心上下放置，其間距為0.05入〇。
[0031]饋電圓盤2和圓形底盤3之間設(shè)置有12個(gè)短路柱5,其繞著圓形底盤3的圓心排成一 周，角度間隔為30°，圍繞半徑為0.42λ〇,其作用是在上下導(dǎo)體之間形成輻射縫隙腔，并在遠(yuǎn) 區(qū)形成"蘋果"形狀的全向輻射方向圖。短路柱的作用是實(shí)現(xiàn)天線全向輻射和兩盤的機(jī)械支 撐固定。
[0032]同軸接插件4的內(nèi)導(dǎo)體與饋電圓盤2連接，外導(dǎo)體與圓形底盤3連接;在天線金屬盤 內(nèi)外表面形成旋轉(zhuǎn)電流，在兩圓盤之間激起旋轉(zhuǎn)電磁場。
[0033] 研究發(fā)現(xiàn):按著上述天線結(jié)構(gòu)尺寸配置，天線軸比小于2dB的帶寬為51%，小于2的 駐波帶寬大于55%，全向方向圖的不圓度在ldB以內(nèi)，其中影響天線電氣性能帶寬性能在于 加載平面螺旋臂的優(yōu)化設(shè)置。
[0034]本發(fā)明工作基本原理如下：當(dāng)發(fā)射信號時(shí)，發(fā)射機(jī)連接同軸接插件發(fā)射信號，在饋 電圓盤和圓形底盤中間激勵(lì)其電磁場，經(jīng)過平面螺旋加載臂的擾動(dòng)在其平面上形成旋轉(zhuǎn)的 電流，并從饋電圓盤和圓形底盤之間的縫隙輻射到自由空間，形成全向的圓極化方向圖。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種同軸饋電螺旋圓極化全向天線，其特征在于:包括四個(gè)平面螺旋加載臂（I)、饋 電圓盤(2)、圓形底盤(3)、同軸接插件(4)和多個(gè)短路柱(5)，四個(gè)平面螺旋加載臂（1)均勻 設(shè)置于饋電圓盤(2)的邊沿且與饋電圓盤(2)處于同一平面;饋電圓盤(2)通過多個(gè)短路柱 (5)與圓形底盤(3)相連接；圓形底盤(3)設(shè)置在饋電圓盤(2)的下方且饋電圓盤(2)的圓心 與圓形底盤(3)的圓心共法線；饋電圓盤(2)的直徑小于圓形底盤(3)的直徑；同軸接插件 (4)的內(nèi)導(dǎo)體與饋電圓盤(2)相連接，外導(dǎo)體與圓形底盤(3)相連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同軸饋電螺旋圓極化全向天線，其特征在于:平面螺旋加 載臂（1)由內(nèi)指數(shù)漸變曲線和外指數(shù)漸變曲線圍合而成，其服從以下極坐標(biāo)方程式： 內(nèi)指數(shù)漸變曲線口:滿足以下的方程:P1 = (D/2) eTa4); 外指數(shù)漸變曲線P2滿足以下的方程:/? =(/>/2-0，"# ; 式中，Φ為旋轉(zhuǎn)角度，D = 0.75λ〇，λ〇為中心頻率對應(yīng)的波長，t = 0.75mm，a為第一曲率系 數(shù)，Sa為第二曲率系數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種同軸饋電螺旋圓極化全向天線，其特征在于:0.3〈α〈0.5。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種同軸饋電螺旋圓極化全向天線，其特征在于：饋電圓盤 (2)與四個(gè)平面螺旋加載臂（1)為一體結(jié)構(gòu)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同軸饋電螺旋圓極化全向天線，其特征在于：饋電圓盤 (2)和圓形底盤(3)的材質(zhì)均為鋁。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種同軸饋電螺旋圓極化全向天線，其特征在于：饋電圓盤 ⑵的直徑為0 · 35λ〇，厚度為1mm;圓形底盤⑶的直徑為〇 · 45λ〇，厚度為1mm;饋電圓盤⑵和 圓形底盤(3)的間距為0.05λ〇;其中，λ〇為中心頻率對應(yīng)的波長。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種同軸饋電螺旋圓極化全向天線，其特征在于：饋電圓盤 (2)和圓形底盤(3)之間設(shè)置有12個(gè)短路柱(5)，12個(gè)短路柱(5)圍繞著圓形底盤(3)的圓心 均勻排列一周，圍繞半徑為〇.42λ〇;其中，λ〇為中心頻率對應(yīng)的波長。
【文檔編號】H01Q21/24GK105896037SQ201610377410
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月1日
【發(fā)明人】宋長宏
【申請人】中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所