[发明专利]一种具有等通量辐射特性的宽波束四臂螺旋天线

说明书

本发明公开了一种具有等通量辐射特性的宽波束四臂螺旋天线，具体包括天线介质基板，渐变式螺旋天线组件，地板，馈电网络介质基板和正交馈电网络。所述天线介质基板包括外层空心圆柱型薄介质板和内部实心圆柱型介质；所述渐变式螺旋天线组件包括第一螺旋臂、第二螺旋臂、第三螺旋臂、第四螺旋臂；该天线通过采用螺距依次递减的三段阶梯阻抗型螺旋臂并在末端加载开路枝节的结构，实现了在减小天线体积的同时，获得了较宽的半功率波束和3dB轴比波束；通过采用四臂螺旋结构，获得了较稳定的圆极化特性。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种具有宽波束特性的四臂螺旋天线。

背景技术

圆极化天线在射频识别、全球定位卫星系统和卫星通信系统等许多应用中都经历了快速发展。由于圆极化对物理旋转不敏感，圆极化链路通常是点到点数据传输和接收的首选，而四臂螺旋天线以其优良的广角圆极化等特性得到了广泛的应用。

在卫星导航和卫星通信中，为了实现精确的位置控制，宽波束宽度是首选。假设卫星与地面站之间有通信链路，则链路距离与卫星相对于地面站的仰角成反比关系。宽半功率波束宽度和轴比波束宽度，决定了天线接受卫星信号的仰角度和在一定角度范围内接受圆极化信号的稳定性。这就定义了一个理想的等通量型波束，以保持链路在平坦信噪比的情况下保持稳定。然而，目前大多数小型化导航天线都难以实现较优的宽波束性能。因此，有必要设计一种小体积且具有良好波束宽度等通量辐射方向图的天线。

发明内容

鉴于上述现有技术存在的问题，本发明设计了一种具有等通量辐射特性的宽波束四臂螺旋天线。

本发明采取的技术方案其特征在于包括天线介质基板，渐变式螺旋天线组件，地板，馈电网络介质基板和正交馈电网络。所述天线介质基板包括外层空心圆柱型薄介质板和内部实心圆柱型介质；所述渐变式螺旋天线组件包括第一螺旋臂、第二螺旋臂、第三螺旋臂、第四螺旋臂；所述第一螺旋臂、第二螺旋臂、第三螺旋臂和第四螺旋臂结构相同，所述第一螺旋臂包括第一级阶梯阻抗螺旋线、第二级阶梯阻抗螺旋线、第三级阶梯阻抗螺旋线和开路枝节；所述馈电网络介质基板包括介质板、第一过孔、第二过孔、第三过孔和第四过孔；所述正交馈电网络包括激励端口、第一3dB横跨定向耦合器、第二3dB横跨定向耦合器、第三3dB横跨定向耦合器、第一传输线、第二传输线、第三传输线、第四传输线、第五传输线、第六传输线、180°移相线、第一50欧姆电阻、第二50欧姆电阻、第三50欧姆电阻、第一馈电探针、第二馈电探针、第三馈电探针、第四馈电探针。

所述外层空心圆柱型薄介质板整体裹覆在内部实心圆柱型介质的外部，第二螺旋臂、第三螺旋臂、第四螺旋臂沿+Z轴方向顺时针螺旋上升缠绕外层空心圆柱型薄介质板，绕行圈数为2.2圈；所述第一级阶梯阻抗螺旋线、第二级阶梯阻抗螺旋线和第三级阶梯阻抗螺旋线的阻抗值呈递增关系且螺距呈递减关系，通过调节螺距可以实现等通量辐射模式。

所述第一螺旋臂自下而上分别为第一级阶梯阻抗螺旋线、第二级阶梯阻抗螺旋线、第三级阶梯阻抗螺旋线和开路枝节；

所述第一馈电探针、第二馈电探针、第三馈电探针、第四馈电探针分别穿过第一过孔、第二过孔、第三过孔、第四过孔与第一螺旋臂、第二螺旋臂、第三螺旋臂、第四螺旋臂相连接。

所述正交馈电网络通过采用三个3dB横跨定向耦合器和180°移相线实现了等幅、相位依次相差90°的馈电。

本发明公开的一种具有宽波束特性的四臂螺旋天线，通过采用螺距依次递减的三段阶梯阻抗型螺旋臂并在末端加载开路枝节的结构，实现了在减小天线体积的同时，获得了较宽的半功率波束和3dB轴比波束；通过采用四臂螺旋结构，获得了较稳定的圆极化特性。

附图说明

图1为本发明所述四臂螺旋天线结构分解图。

图2为本发明渐变式螺旋天线组件展开图。

图3为本发明正交馈电网络结构图。