[发明专利]一种基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线

说明书

技术领域

本发明属于超宽带天线领域，具体涉及一种基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线。

背景技术

平面螺旋天线具有阻抗带宽宽、剖面低、轴比低、多种工作模式等优点，在天线设计领域受到广泛关注。传统的平面螺旋天线其辐射方向图指向沿着天线轴向，而工作于二次模的平面螺旋天线其辐射方向图为锥状波束，在低仰角能获得更好的辐射性能。为了实现天线的单向辐射，通常会在平面螺旋天线的一侧加高度约为四分之一波长的金属背腔。由于背腔高度恒定，辐射能量不能在整个工作频段上实现同相叠加。

文献1(Elmansouri,Mohamed A.,M.J.Radway,and D.S.Filipovic.“Frequency-and Time-Domain Performance of Four-Arm Mode-2Spiral Antennas,”IEEE Transactions on Antennas&Propagation 60.6(2012):2627-2634.)当平面四臂螺旋天线相邻馈电点之间的相位满足{0°,180°,0°,180°}时辐射锥状波束。

文献2(Ge,Xuxu,et al."An improved hat-shaped cavity-backed Archimedean spiral antenna."International Symposium on Antennas,Propagation&Em Theory IEEE,2012:97-100.)通过加帽形背腔和介质覆盖层展宽天线波束宽度，但个别频点方向图畸变。

由上可知，现有技术虽然实现了锥状波束天线的设计，且对天线的背腔也作出了相关的改进，但波束宽度仍然较窄。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线，在实现宽带的同时增强天线在低仰角的辐射性能。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线，包括平面四臂螺旋天线辐射本体、金属杯形腔、介质覆盖层以及印刷在介质覆盖层上表面的金属贴片，所述平面四臂螺旋天线辐射本体设置在介质覆盖层的下表面，且位于金属杯形腔正上方，所述金属杯形腔的内腔上部分为圆柱形，下部分为倒锥形，且金属杯形腔底部设有一锥形凸台,该锥形凸台小端面伸入至金属杯形腔内，锥形凸台与金属杯形腔的中心线重合。

优选地，金属贴片沿圆形介质覆盖层上表面外沿等间距分布，且各个金属贴片到介质覆盖层中心的距离相等。

优选地，平面四臂螺旋天线辐射本体的周长小于天线工作频段最低频的二倍波长。

优选地，金属杯形腔底部的内径小于金属杯形腔的口径。

优选地，金属杯形背腔[2]的总体高度H为14mm，口径为2*R₀＝31mm，底部的内径为2*r₂＝28mm，下部分倒锥形内腔的高度h₂为6mm，金属杯形背腔[2]底部的锥形凸台的高度h₁为9mm，锥形凸台顶部的半径r₀为1mm，锥形凸台底部的半径r₁为11mm。

优选地，介质覆盖层的直径大于平面四臂螺旋天线辐射本体[1]的直径。

优选地，面四臂螺旋天线辐射本体[1]的半径R_L为16mm。

优选地，介质覆盖层的厚度t为1mm，半径Rd为25mm，其上表面印刷的方形金属贴片的边长p为3.6mm。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：1)本发明的基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线，通过对金属背腔的改进，避免了工作频段中个别频点方向图畸变的问题；2)本发明的基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线，在介质覆盖层上表面外围加载若干金属贴片，天线低仰角的辐射性能得到进一步改善；3)本发明的基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线结构简单，易于实现。

下面结合附图对本发明进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明一种基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线的结构三维图。

图2是本发明一种基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线的结构主视图。

图3是本发明一种基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线的结构俯视图。

图4是本发明一种基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线仿真的驻波曲线与传统背腔式四臂螺旋天线仿真的驻波曲线的对比。