[發(fā)明專利]一種基于人工表面等離基元結(jié)構(gòu)的四臂螺旋天線

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• 申請日: 2022-01-20
• 公開（公告）號: CN114498013A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李迎松;王家宏
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q1/52;H01Q1/28;H01P5/12
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本發(fā)明提供一種基于人工表面等離基元結(jié)構(gòu)的四臂螺旋天線，其包括矩形介質(zhì)基板、共面波導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)、不斷增加的H型SSPP單元溝槽深度和向外張開的金屬地面組成而構(gòu)成的SSPP過渡結(jié)構(gòu)、SSPP功分器結(jié)構(gòu)以及SSPP傳輸線。通過共面波導(dǎo)進(jìn)行饋電，經(jīng)過SSPP過渡結(jié)構(gòu)實現(xiàn)傳播常數(shù)、極化、阻抗匹配。由SSPP傳輸線為基礎(chǔ)組成的功分器結(jié)構(gòu)和移相結(jié)構(gòu)，經(jīng)過過渡結(jié)構(gòu)向四個輻射臂依次傳輸90°相位差的電磁波，實現(xiàn)圓極化的同時提高天線效率、增益和圓極化特性，進(jìn)一步提高用于衛(wèi)星通信的四臂螺旋天線。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于人工表面等離基元結(jié)構(gòu)的四臂螺旋天線，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

如今隨著社會科技的發(fā)展與進(jìn)步，無線通信技術(shù)領(lǐng)域伴隨著眾多學(xué)者前赴后繼的努力，從電視、廣播再到雷達(dá)、衛(wèi)星，而天線占據(jù)著無線通訊領(lǐng)域中不可撼動的重要地位，作為整個通信系統(tǒng)中最前端的組成部分，天線中各個參數(shù)的優(yōu)劣影響著整個通信系統(tǒng)的好壞，對于不同的運用場景，會運用到不同類型的天線，對天線各個性能的指標(biāo)要求也不盡相同。全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是近幾十年來興起的重要研究之一，近年來，它在民用領(lǐng)域、軍用領(lǐng)域起到越來越重要的作用。各個定位系統(tǒng)中，美國的全球定位系統(tǒng)(GPS)、俄羅斯的格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GLONASS)、歐盟的伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GALILEO)以及中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)，這四大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是國際委員會公布的四大核心供應(yīng)商。其中GPS是世界上首個建立的全球系統(tǒng)，GLONASS是全球第二大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，GALILEO是首個完全民用的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，而北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自主研發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，在經(jīng)歷近年航空航天以及導(dǎo)航事業(yè)的不斷進(jìn)步，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)完全覆蓋了東南亞地區(qū)。

在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中運用的終端天線，主要對天線的增益、駐波比、軸比、尺寸這四個參數(shù)進(jìn)行考量，運用最為廣泛的就是微帶貼片天線和四臂螺旋天線。微帶貼片天線有著結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小剖面低、饋電簡便、相對與四臂螺旋天線有更好的增益，但是缺點也同樣明顯，帶寬窄、損耗大。四臂螺旋天線由于其心性的輻射方向圖，有著寬波束，良好的高低仰角圓極化性能的優(yōu)點，更主要隨著1996年印刷式的四臂螺旋天線的出現(xiàn)，使得四臂螺旋天線尺寸大大減小，讓四臂螺旋天線便于小型化。

基于在光學(xué)頻段上的表面等離基元(SPP)，學(xué)者把目光投向了微波和太赫茲領(lǐng)域，通過引入一些特殊的周期性結(jié)構(gòu)，在2004年J.B.Pendry團(tuán)隊提出了一種將SPP應(yīng)用在微波和太赫茲頻段的理論方案。第二年Hibbins團(tuán)隊證明了在金屬上設(shè)計周期性單元結(jié)構(gòu)方案的可行性。隨后，人工表面等離基元(SSPP)結(jié)構(gòu)在微波、太赫茲領(lǐng)域不斷發(fā)展。SSPP結(jié)構(gòu)具有低損耗、高束縛、色散特性可調(diào)的優(yōu)勢，可以用來解決集成電路中相鄰傳輸線互耦的問題，減小作為傳輸線所產(chǎn)生的相鄰耦合損耗，在設(shè)計功分器和移相器時，互耦損耗低，而且其介質(zhì)損耗極低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了提出基于人工表面等離基元(SSPP)結(jié)構(gòu)的四臂螺旋天線，通過SSPP結(jié)構(gòu)的高束縛性，來解決饋電網(wǎng)絡(luò)中相鄰傳輸線互耦的問題，減小相鄰耦合損耗，并且SSPP結(jié)構(gòu)作為傳輸線時，其介質(zhì)損耗極低，讓四臂螺旋天線在擁有寬波束時，增大增益和優(yōu)越的圓極化特性。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：包括矩形介質(zhì)基板101，圓柱形介質(zhì)基板102，共面波導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)103，SSPP過渡結(jié)構(gòu)由溝槽不斷加深的H型SSPP單元104和向外張開的金屬地面組成105，SSPP功分器結(jié)構(gòu)106，SSPP傳輸線107，螺旋線輻射臂108，SSPP傳輸線的過渡結(jié)構(gòu)印刷在矩形介質(zhì)基板101的下端，與共面波導(dǎo)饋電結(jié)構(gòu)103相連，SSPP功分器結(jié)構(gòu)106主路與過渡結(jié)構(gòu)通過SSPP傳輸線107相連，支路連接不同長度的SSPP傳輸線107實現(xiàn)相移，印刷在矩形介質(zhì)基板101下端，SSPP傳輸線107再通過過渡結(jié)構(gòu)向四臂螺旋天線的四個螺旋輻射臂108饋電，印刷在矩形介質(zhì)基板101的上端，四臂螺旋天線的四個1/4圈的輻射臂108成90°旋轉(zhuǎn)，依次印刷在圓柱型介質(zhì)基板102上，圓柱型介質(zhì)基板102垂直放置在矩形介質(zhì)基板101的上端，位于其中心。