[發明專利]一種基于平面四臂螺旋天線的超寬帶錐狀波束天線

在審

• 申請號: 201710737234.8
• 申請日: 2017-10-19
• 公開（公告）號: CN107634326A
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發明（設計）人: 王昊;紀慧蓉;俞君喆
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q9/27;H01Q21/28
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 馬魯晉

技術領域

本發明屬于超寬帶天線領域，具體涉及一種基于平面四臂螺旋天線的超寬帶錐狀波束天線。

背景技術

平面螺旋天線具有阻抗帶寬寬、剖面低、軸比低、多種工作模式等優點，在天線設計領域受到廣泛關注。傳統的平面螺旋天線其輻射方向圖指向沿著天線軸向，而工作于二次模的平面螺旋天線其輻射方向圖為錐狀波束，在低仰角能獲得更好的輻射性能。為了實現天線的單向輻射，通常會在平面螺旋天線的一側加高度約為四分之一波長的金屬背腔。由于背腔高度恒定，輻射能量不能在整個工作頻段上實現同相疊加。

文獻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.)當平面四臂螺旋天線相鄰饋電點之間的相位滿足{0°,180°,0°,180°}時輻射錐狀波束。

文獻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.)通過加帽形背腔和介質覆蓋層展寬天線波束寬度，但個別頻點方向圖畸變。

由上可知，現有技術雖然實現了錐狀波束天線的設計，且對天線的背腔也作出了相關的改進，但波束寬度仍然較窄。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于基于平面四臂螺旋天線的超寬帶錐狀波束天線，在實現寬帶的同時增強天線在低仰角的輻射性能。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于平面四臂螺旋天線的超寬帶錐狀波束天線，包括平面四臂螺旋天線輻射本體、金屬杯形腔、介質覆蓋層以及印刷在介質覆蓋層上表面的金屬貼片，所述平面四臂螺旋天線輻射本體設置在介質覆蓋層的下表面，且位于金屬杯形腔正上方，所述金屬杯形腔的內腔上部分為圓柱形，下部分為倒錐形，且金屬杯形腔底部設有一錐形凸臺,該錐形凸臺小端面伸入至金屬杯形腔內，錐形凸臺與金屬杯形腔的中心線重合。

優選地，金屬貼片沿圓形介質覆蓋層上表面外沿等間距分布，且各個金屬貼片到介質覆蓋層中心的距離相等。

優選地，平面四臂螺旋天線輻射本體的周長小于天線工作頻段最低頻的二倍波長。

優選地，金屬杯形腔底部的內徑小于金屬杯形腔的口徑。

優選地，金屬杯形背腔[2]的總體高度H為14mm，口徑為2*R₀＝31mm，底部的內徑為2*r₂＝28mm，下部分倒錐形內腔的高度h₂為6mm，金屬杯形背腔[2]底部的錐形凸臺的高度h₁為9mm，錐形凸臺頂部的半徑r₀為1mm，錐形凸臺底部的半徑r₁為11mm。

優選地，介質覆蓋層的直徑大于平面四臂螺旋天線輻射本體[1]的直徑。

優選地，面四臂螺旋天線輻射本體[1]的半徑R_L為16mm。

優選地，介質覆蓋層的厚度t為1mm，半徑Rd為25mm，其上表面印刷的方形金屬貼片的邊長p為3.6mm。

本發明與現有技術相比，其顯著優點是：1)本發明的基于平面四臂螺旋天線的超寬帶錐狀波束天線，通過對金屬背腔的改進，避免了工作頻段中個別頻點方向圖畸變的問題；2)本發明的基于平面四臂螺旋天線的超寬帶錐狀波束天線，在介質覆蓋層上表面外圍加載若干金屬貼片，天線低仰角的輻射性能得到進一步改善；3)本發明的基于平面四臂螺旋天線的超寬帶錐狀波束天線結構簡單，易于實現。

下面結合附圖對本發明進一步詳細描述。

附圖說明

圖1是本發明一種基于平面四臂螺旋天線的超寬帶錐狀波束天線的結構三維圖。

圖2是本發明一種基于平面四臂螺旋天線的超寬帶錐狀波束天線的結構主視圖。

圖3是本發明一種基于平面四臂螺旋天線的超寬帶錐狀波束天線的結構俯視圖。

圖4是本發明一種基于平面四臂螺旋天線的超寬帶錐狀波束天線仿真的駐波曲線與傳統背腔式四臂螺旋天線仿真的駐波曲線的對比。