[发明专利]一种加载介质透镜的超宽带平面螺旋天线

说明书

本发明涉及微波与天线技术领域，尤其涉及一种加载介质透镜的超宽带平面螺旋天线，包括从下到上依次设置的圆环形反射底板、圆台形金属反射背板、平面螺旋天线辐射结构和半球体介质透镜，微带巴伦馈电结构设置在圆台形金属反射背板的内部，平面螺旋天线辐射结构通过微带巴伦馈电结构进行馈电。本发明的目的是针对乳腺癌的探测、成像等医疗领域对天线高增益及宽频带的要求，提出了一种在阿基米德螺旋天线基础上加载介质透镜和圆台形反射背板的结构，能解决平面螺旋天线无法同时具备小型化、超宽带、良好辐射性能的技术难题。

技术领域

本发明涉及微波与天线技术领域，尤其涉及一种加载介质透镜的超宽带平面螺旋天线。

背景技术

随着现代通信技术的快速发展，人们对高速无线通信提出了更高的要求，无线电频谱不断地得到扩展，通信带宽要求也随之拓宽。天线作为辐射和接受电磁波的重要器件，是无线电系统中的重要组成部分，随着超宽带系统的出现，超宽带(UWB:Ultra Wide Band)天线的研究已成为天线领域的一个重要分支。不仅如此，具备宽频带性能及高增益、小型化的超宽带天线在调频广播、卫星通信、雷达、医疗探测、成像等等应用领域得到了越来越高的重视。

传统的超宽带天线主要形式为：螺旋天线、平面喇叭天线、槽线天线、分形天线、vivaldi天线以及对称振子天线的各种变形等等，其中平面螺旋天线因其自身的非频变特性在极宽的频带内表现出稳定的阻抗特性、良好的方向图特性，使其在许多特定场合表现出重大意义和使用价值。平面螺旋天线为平衡结构，当使用同轴线等非平衡传输线对其馈电时，需要微带巴伦结构来平衡电流。平面螺旋天线具有宽频带、小尺寸的特点，但由于其辐射能量是双向的，因此为了获得单向辐射特性，人们通常在背面加载反射腔体，但由于反射腔属于谐振器件，必然会导致天线的工作频带变窄，加上反射腔侧壁的反射，天线性能将急剧恶化。

申请号为“201620619384.X”的专利公开了一种用于5G移动通信的宽带小型化天线，包括金属贴片、螺旋天线阵元、宽带巴伦、梯形喇叭、圆环和反射地等，在3～6GHz频段范围内有较好的电特性，但是该天线半功率(-3dB)张角约100°，过于宽泛，导致天线增益较小，且其工作带宽在乳腺癌检测等应用领域远远不足。

发明内容

本发明提供了一种加载介质透镜的超宽带平面螺旋天线，可以调整波束形状以及提高增益，可以将更多的辐射功率从天线背板定向到天线上部空间，提高辐射效率与增益。

为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：一种加载介质透镜的超宽带平面螺旋天线，包括从下到上依次设置的圆环形反射底板、圆台形金属反射背板、平面螺旋天线辐射结构和半球体介质透镜，微带巴伦馈电结构设置在圆台形金属反射背板的内部，平面螺旋天线辐射结构通过微带巴伦馈电结构进行馈电。

作为本发明的优化方案，平面螺旋天线辐射结构包括阿基米德螺旋线、平面螺旋天线介质基板和金属环，阿基米德螺旋线和金属环均设置在平面螺旋天线介质基板上，阿基米德螺旋线包括两条呈180°旋转对称的辐射臂，辐射臂外围间隔一定距离加载金属环。

作为本发明的优化方案，两条辐射臂的端部采用三角形馈电，平面螺旋天线介质基板的中心开设有微带巴伦馈电结构穿过的矩形槽。

作为本发明的优化方案，阿基米德螺旋线的圈数为3圈，阿基米德螺旋线的内半径为3.67mm。

作为本发明的优化方案，微带巴伦馈电结构包括馈电介质基板和两条指数渐变金属微带线，指数渐变金属微带线设置在馈电介质基板的中间位置，馈电介质基板整体呈阶梯状，微带巴伦馈电结构为双面结构。

作为本发明的优化方案，馈电介质基板的介电常数大于平面螺旋天线介质基板的介电常数。

作为本发明的优化方案，圆台形金属反射背板的内部中空，圆台形金属反射背板的上顶端面开弧形槽，圆台形金属反射背板的下底端与圆环形反射底板相接触。