[发明专利]固定多波束螺旋天线立体阵

说明书

技术领域

本发明涉及一种螺旋天线阵列，特别涉及一种具有收拢及展开功能的固定多波束螺旋天线立体阵。

背景技术

螺旋天线是一种在宇航领域得到广泛应用的天线，与阵列天线中常用的微带天线相比，多圈的轴向模单线螺旋天线在方向图带宽、圆极化度、方向图对称性和方向性上都明显占优。因此，以单线螺旋天线为阵元可以在保持阵列天线增益不变的情况下大大减少小型天线阵的阵元数量。为了提高增益，单线螺旋天线通常圈数较多，因而高度较高，采用压紧-释放装置可以大大降低天线在非工作状态下的高度，尤其适合低频时的大尺寸应用。

在要求阵列天线以固定波束实现大视角覆盖的应用中，如果按照平面天线阵设计，扫描至大角度时增益下降很快，为提高增益，则需要增加阵元数量，进而会导致阵列波束变窄。在这种情况下则需要更多数量的波位才能覆盖所要求视角范围，从而导致馈电网络数量的几何级增长。若将天线阵设计为立体结构，通过改变阵面的物理指向，使天线阵在无扫描角或小扫描角下工作，则可以避免阵元数量的过多增加、降低馈电网络的规模。

一副单线螺旋天线可在至少10％的带宽内达到不低于10dB的增益，对于要求在较大覆盖范围内(比如±65°)实现增益覆盖在8dB以上的固定多波束天线的需求，采用单线螺旋天线为阵元的立体结构天线阵方案就非常的合适。根据具体的增益覆盖要求进行立体阵列的结构设计，使每副天线指向不同的方位，通过在结构上排布一系列指向不同的天线来实现最终的波束覆盖要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有收拢及展开功能的固定多波束螺旋天线立体阵，以解决现有的平面螺旋天线阵所存在的扫描至大角度时增益下降很快，而增加阵元数量导致阵列波束变窄的问题。

本发明的第二目的在于提供一种具有收拢及展开功能的固定多波束螺旋天线立体阵，以实现具有宽视场覆盖的固定多波束天线的设置满足天线的功能需求，并引入天线收拢展开功能，以便实现对天线的尺寸包络、重量等进行有效控制。

为实现上述目的，本发明提供了一种固定多波束螺旋天线立体阵，包括螺旋天线单元及锥台结构，所述锥台结构包括一顶面及若干个侧面，所述侧面的上端与所述顶面的边缘相连接，所述侧面的侧边与相邻的侧面的侧边相连接，所述顶面及侧面上分别设有所述螺旋天线单元，所述螺旋天线单元包括螺旋天线及柔性支撑丝，各螺旋天线单元的螺旋天线的底部分别安装在所述顶面及侧面上，多个并联设置的所述柔性支撑丝均布在所述螺旋天线周围，且所述柔性支撑丝沿所述螺旋天线的轴向设置以支撑所述螺旋天线。

较佳地，所述顶面为正多边形，所述侧面为等腰梯形，所述侧面的上端与所述顶面的边缘相连接，所述侧面的侧边与相邻的侧面的侧边相连接，其中，所述顶面的外接圆的直径约为所述螺旋天线单元的天线工作波长的0.7～0.8倍。

较佳地，还包括一底面，所述底面的形状与所述顶面相同的正多边形，但其面积大于所述顶面，所述底面的各个边分别与侧面的底边相连接。

较佳地，相邻的两个侧面通过侧支架连接，侧面与顶面通过上支架连接，侧面的下边设有下支架，所述上支架、侧支架及下支架构成所述锥台结构的支撑框架。

较佳地，所述螺旋天线单元还包括介质板，所述螺旋天线的底部安装在所述介质板上，所述介质板设于所述顶面及侧面上，所述介质板的材料为绝缘材料。

较佳地，所述螺旋天线单元还包括螺距微调装置，所述柔性支撑丝与所述螺旋天线的每层之间通过所述螺距微调装置连接。

较佳地，所述顶面与侧面相连接的棱边上以及每两个相邻的侧面相连接的棱边上分别设有波束隔离板，所述波束隔离板为金属板或金属网。

较佳地，所述波束隔离板的高度为所述螺旋天线单元的天线工作波长的0.3～0.4倍。

较佳地，所述波束隔离板倾斜安装于所述棱边上，且等分所述棱边所在的锥台结构两个面之间的空间。

较佳地，当波束隔离板设置为金属板时，所述波束隔离板上开设有减重孔，其中，所述减重孔的直径不大于螺旋天线单元的天线工作波长的0.1倍；当所述波束隔离板为金属网时，所述波束隔离板具有若干金属网孔，其中，所述金属网孔的直径不大于螺旋天线单元的天线工作波长的0.1倍。

本发明由于采用以上技术方案，具有以下的优点和积极效果：

1)本发明利用立体锥台结构实现天线波束的指向偏转，从而实现对较宽视角内空域的波束覆盖，与常规的相控阵天线相比，该设计无需使用移相馈电网络，可大大节约成本；