[發明專利]高功率低輪廓螺旋天線及其構成的天線陣列

有效

• 申請號: 201710110996.5
• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN107069190B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 張健穹;劉慶想;李相強;王邦繼
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q21/00;H01Q19/10
• 代理公司: 成都擎智秉業專利代理事務所(普通合伙) 51227
• 代理人: 李順德

本發明涉及高功率微波技術領域。本發明公開了一種高功率低輪廓螺旋天線，包括同軸波導，反射背腔，螺旋體和匹配球體，所述同軸波導的內導體頂端與匹配球體連接，所述匹配球體與螺旋體連接，所述螺旋體上升方向指向內導體延長線方向，所述同軸波導的外導體與反射背腔連接，所述反射背腔置于同軸波導外導體的頂端，所述反射背腔直徑＞同軸波導外徑，所述螺旋體至少部分置于反射背腔內。本發明同時公開了一種高功率低輪廓螺旋天線陣列，由N個螺旋天線排列成陣列構成，N≥2。本發明的高功率低輪廓螺旋天線具有反射小、功率容量高、軸向尺寸短的特點，非常適合天線陣列組陣。

技術領域

本發明涉及高功率微波技術領域，特別是高功率微波輻射領域，具體涉及一種新型高功率低輪廓螺旋天線。

背景技術

近年來，高功率微波輻射技術發展迅速，由于陣列天線易于實現天線的高增益、高效率、高功率和圓極化輻射等而受到廣泛重視。高功率徑向線陣列是一種適用于高功率應用的新型輻射天線，現已有高功率圓陣[李相強；趙柳；陳曉波.GW級高功率徑向線螺旋陣列天線,西南交通大學學報，2009]、矩形柵格高功率矩形陣[馬睿，劉慶想，李相強.64單元矩形徑向線陣列天線饋電網絡的設計,強激光與粒子束，2011]和三角形柵格高功率矩形陣[馬睿，劉慶想，李相強.64單元矩形徑向線陣列天線饋電網絡的設計,強激光與粒子束，2013]等多種陣列布局結構。為了實現陣列天線的圓極化，高功率徑向線陣列天線均采用螺旋天線作為單元天線。

螺旋天線應用廣泛，其形式有很多種。最早由美國科學家John?D?Kraus在實驗中發現其可在軸向輻射圓極化波，之后學者們根據實際應用需求的不同，提出了多種不同類型和結構的螺旋天線，例如根據螺旋天線繞成的形狀不同，可將螺旋天線分為圓柱形螺旋天線、圓錐形螺旋天線、平面螺旋天線等。圓柱形螺旋天線[John?D?Kraus.50-OHM?INPUTIMPEDANCE?FOR?HELICAL?BEAM?ANTENNAS.IEEE?Transactions?on?Antennas?andPropagation.1977]是將金屬導線繞制成一定尺寸的圓柱形螺旋線,其一端處于自由狀態,另一端用同軸線內導體饋電,饋電端的金屬接地板與同軸線的外導體相連。軸向輻射狀態的圓柱螺旋天線具有以下的特點:沿天線軸線方向有最強的輻射、輻射場是圓極化場、沿螺旋導線傳播的電流波是行波、輸入阻抗近似地等于純電阻、頻帶較寬。圓錐螺旋天線[胡慧琳；譚云華；朱柏承；圓錐對數螺旋天線輻射特性的理論分析,電波科學學報，2011]較圓柱螺旋天線具有更寬的頻帶，并更能滿足波瓣寬度的要求，且具有螺旋天線寬波束圓極化，體積小，重量輕，結構穩定，增益較高等特點，在各種參數的改變下，被廣泛應用于衛星通信中。平面螺旋天線[李卉.一種新型平面阿基米德螺旋天線的分析與設計.雷達與對抗，2006]已經發展了幾十年，相對于國內的技術水平，國外發展的比較成熟。人們較為熟悉的阿基米德平面螺旋天線是一種寬頻帶天線，因其結構緊湊、尺寸小、重量輕而得以廣泛應用[溫斌.低輪廓、圓極化阿基米德螺旋天線的研究.碩士論文，2014]。如今這種天線在探地雷達中得到較好的探測效果。