固定多波束螺旋天线立体阵制造技术

本发明专利技术提供了一种固定多波束螺旋天线立体阵，包括螺旋天线单元及锥台结构，锥台结构包括一顶面及若干个侧面，侧面的上端与顶面边缘相连接，相邻的侧面的侧边相连接，顶面及侧面上分别设有螺旋天线单元。其中，锥台结构的顶面为正多边形，侧面为等腰梯形。各螺旋天线单元通过波束隔离板隔离，螺旋天线单元的螺旋天线安装在介质板上，螺旋天线具有收拢展开功能，通过柔性支撑丝及螺距微调装置实现螺旋天线螺距及刚度的有效控制。本发明专利技术利用立体锥台结构实现天线波束指向偏转，从而实现对较宽视角内空域的波束覆盖，无需使用移相馈电网络；利用波束隔离板降低各天线单元间的互耦，减小锥台结构的尺寸，该天线立体阵从电性能、成本及重量上均较好。

Fixed multi beam spiral array

The invention provides a fixed multi beam spiral antenna array, including helical antenna element and cone structure, the cone structure includes a top surface and a plurality of side, the side edge of the top surface of the upper end of the connecting adjacent side, the side is connected with the top surface and the side surface are respectively provided with a helical antenna element. Wherein, the top surface of the cone table structure is a regular polygon, and the side is an isosceles trapezoid. The spiral antenna unit isolation plate isolation by beam, spiral antenna, helical antenna element mounted on a dielectric plate, helical antenna with folded expansion function, realize the effective control of the pitch and helix antenna stiffness through the flexible supporting wire and pitch adjustment device. The invention uses three-dimensional cone structure of antenna beam direction deflection, so as to realize the coverage of a broad beam angle within the airspace, without the use of phase shifter network; reduce the mutual coupling between the antenna elements using the beam isolation plate, the taper structure size of the antenna array from the electrical performance, cost and weight. Good.

【技术实现步骤摘要】
固定多波束螺旋天线立体阵
本专利技术涉及一种螺旋天线阵列，特别涉及一种具有收拢及展开功能的固定多波束螺旋天线立体阵。
技术介绍
螺旋天线是一种在宇航领域得到广泛应用的天线，与阵列天线中常用的微带天线相比，多圈的轴向模单线螺旋天线在方向图带宽、圆极化度、方向图对称性和方向性上都明显占优。因此，以单线螺旋天线为阵元可以在保持阵列天线增益不变的情况下大大减少小型天线阵的阵元数量。为了提高增益，单线螺旋天线通常圈数较多，因而高度较高，采用压紧-释放装置可以大大降低天线在非工作状态下的高度，尤其适合低频时的大尺寸应用。在要求阵列天线以固定波束实现大视角覆盖的应用中，如果按照平面天线阵设计，扫描至大角度时增益下降很快，为提高增益，则需要增加阵元数量，进而会导致阵列波束变窄。在这种情况下则需要更多数量的波位才能覆盖所要求视角范围，从而导致馈电网络数量的几何级增长。若将天线阵设计为立体结构，通过改变阵面的物理指向，使天线阵在无扫描角或小扫描角下工作，则可以避免阵元数量的过多增加、降低馈电网络的规模。一副单线螺旋天线可在至少10％的带宽内达到不低于10dB的增益，对于要求在较大覆盖范围内(比如±65°)实现增益覆盖在8dB以上的固定多波束天线的需求，采用单线螺旋天线为阵元的立体结构天线阵方案就非常的合适。根据具体的增益覆盖要求进行立体阵列的结构设计，使每副天线指向不同的方位，通过在结构上排布一系列指向不同的天线来实现最终的波束覆盖要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有收拢及展开功能的固定多波束螺旋天线立体阵，以解决现有的平面螺旋天线阵所存在的扫描至大角度时增益下降很快，而增加阵元数量导致阵列波束变窄的问题。本专利技术的第二目的在于提供一种具有收拢及展开功能的固定多波束螺旋天线立体阵，以实现具有宽视场覆盖的固定多波束天线的设置满足天线的功能需求，并引入天线收拢展开功能，以便实现对天线的尺寸包络、重量等进行有效控制。为实现上述目的，本专利技术提供了一种固定多波束螺旋天线立体阵，包括螺旋天线单元及锥台结构，所述锥台结构包括一顶面及若干个侧面，所述侧面的上端与所述顶面的边缘相连接，所述侧面的侧边与相邻的侧面的侧边相连接，所述顶面及侧面上分别设有所述螺旋天线单元，所述螺旋天线单元包括螺旋天线及柔性支撑丝，各螺旋天线单元的螺旋天线的底部分别安装在所述顶面及侧面上，多个并联设置的所述柔性支撑丝均布在所述螺旋天线周围，且所述柔性支撑丝沿所述螺旋天线的轴向设置以支撑所述螺旋天线。较佳地，所述顶面为正多边形，所述侧面为等腰梯形，所述侧面的上端与所述顶面的边缘相连接，所述侧面的侧边与相邻的侧面的侧边相连接，其中，所述顶面的外接圆的直径约为所述螺旋天线单元的天线工作波长的0.7～0.8倍。较佳地，还包括一底面，所述底面的形状与所述顶面相同的正多边形，但其面积大于所述顶面，所述底面的各个边分别与侧面的底边相连接。较佳地，相邻的两个侧面通过侧支架连接，侧面与顶面通过上支架连接，侧面的下边设有下支架，所述上支架、侧支架及下支架构成所述锥台结构的支撑框架。较佳地，所述螺旋天线单元还包括介质板，所述螺旋天线的底部安装在所述介质板上，所述介质板设于所述顶面及侧面上，所述介质板的材料为绝缘材料。较佳地，所述螺旋天线单元还包括螺距微调装置，所述柔性支撑丝与所述螺旋天线的每层之间通过所述螺距微调装置连接。较佳地，所述顶面与侧面相连接的棱边上以及每两个相邻的侧面相连接的棱边上分别设有波束隔离板，所述波束隔离板为金属板或金属网。较佳地，所述波束隔离板的高度为所述螺旋天线单元的天线工作波长的0.3～0.4倍。较佳地，所述波束隔离板倾斜安装于所述棱边上，且等分所述棱边所在的锥台结构两个面之间的空间。较佳地，当波束隔离板设置为金属板时，所述波束隔离板上开设有减重孔，其中，所述减重孔的直径不大于螺旋天线单元的天线工作波长的0.1倍；当所述波束隔离板为金属网时，所述波束隔离板具有若干金属网孔，其中，所述金属网孔的直径不大于螺旋天线单元的天线工作波长的0.1倍。本专利技术由于采用以上技术方案，具有以下的优点和积极效果：1)本专利技术利用立体锥台结构实现天线波束的指向偏转，从而实现对较宽视角内空域的波束覆盖，与常规的相控阵天线相比，该设计无需使用移相馈电网络，可大大节约成本；2)本专利技术利用立体锥台结构实现天线的高增益多波束覆盖，从而在保证广域空域全覆盖的情况下实现空域分割，减小单个波束内的目标数量，与常规天线相比，大大减轻了单个通道的处理容量，提高了检测概率；3)本专利技术利用波束隔离板降低各天线单元间的互耦，与单纯依靠空间隔离的方式相比，可大大减小立体锥台结构的尺寸；隔离板开减重孔，可在不影响电性能的前提下降低重量；4)本专利技术利用螺旋天线自身回复力和柔性丝的单向支撑特性实现对螺旋天线螺距及刚度的控制，从而实现螺旋天线的柔性支撑，与常规的螺旋天线硬支撑装置相比，该设计结构极大的降低了螺旋天线装置的重量，并可实现螺旋压紧释放，从而极大的减少了螺旋天线的安装空间；5)本专利技术使用的单线螺旋天线可在12％的带宽内实现±25°波束内8dB增益覆盖，从电性能、成本及重量上均优于常规的微带天线阵方案；6)本专利技术所述装置结构简单，装配方便，具有很高的推广价值。附图说明图1为本专利技术的固定多波束螺旋天线立体阵在一个7波束应用中的锥台结构示意图；图2为本专利技术的固定多波束螺旋天线立体阵在一个7波束应用中展开状态的结构示意图；图3为的固定多波束螺旋天线立体阵在一个7波束应用中收拢状态的结构示意图；图4为本专利技术的固定多波束螺旋天线立体阵在一个7波束应用中的波束覆盖仿真图，其中等高线为8dB增益，工作频率为f1；图5为本专利技术的固定多波束螺旋天线立体阵在一个7波束应用中的波束覆盖仿真图，其中等高线为8dB增益，工作频率为f2，f1≈1.1f2。具体实施方式以下将结合本专利技术的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本专利技术的一部分实例，并不是全部的实例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。为了便于对本专利技术实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本专利技术实施例的限定。如图1、2所示，本实施例提供了一种多波束螺旋天线立体阵，该多波束螺旋天线立体阵包括一个锥台结构10及多个螺旋天线单元20。其中，锥台结构10包括一顶面11及若干个侧面12，侧面12的上端与顶面11的边缘相连接，侧面12的侧边与相邻的侧面12的侧边相连，锥台结构10的顶面11及侧面12上分别设置有螺旋天线单元20，螺旋天线单元20分别固定安装在顶面及侧面上。其中，螺旋天线单元20包括螺旋天线21及柔性支撑丝23，各螺旋天线单元的螺旋天线21的底部分别安装在锥台结构10的顶面及侧面上，多个并联设置的柔性支撑丝23均布在螺旋天线21周围，且柔性支撑丝23沿螺旋天线21的轴向设置以支撑螺旋天线21。这里当锥台结构的侧面及顶面为金属材料制成时，螺旋天线在安装至锥台结构的顶面及侧面上时，可根据需要通过一绝缘介质板安装在锥台结构表面，或者安装时螺旋天线与锥台结构相接触的表面处直接涂覆一层绝缘材料，或者整个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固定多波束螺旋天线立体阵，其特征在于，包括螺旋天线单元及锥台结构，所述锥台结构包括一顶面及若干个侧面，所述侧面的上端与所述顶面的边缘相连接，所述侧面的侧边与相邻的侧面的侧边相连接，所述顶面及侧面上分别设有所述螺旋天线单元，所述螺旋天线单元包括螺旋天线及柔性支撑丝，各螺旋天线单元的螺旋天线的底部分别安装在所述顶面及侧面上，多个并联设置的所述柔性支撑丝均布在所述螺旋天线周围，且所述柔性支撑丝沿所述螺旋天线的轴向设置以支撑所述螺旋天线。

【技术特征摘要】
1.一种固定多波束螺旋天线立体阵，其特征在于，包括螺旋天线单元及锥台结构，所述锥台结构包括一顶面及若干个侧面，所述侧面的上端与所述顶面的边缘相连接，所述侧面的侧边与相邻的侧面的侧边相连接，所述顶面及侧面上分别设有所述螺旋天线单元，所述螺旋天线单元包括螺旋天线及柔性支撑丝，各螺旋天线单元的螺旋天线的底部分别安装在所述顶面及侧面上，多个并联设置的所述柔性支撑丝均布在所述螺旋天线周围，且所述柔性支撑丝沿所述螺旋天线的轴向设置以支撑所述螺旋天线。2.根据权利要求1所述的固定多波束螺旋天线立体阵，其特征在于，所述顶面为正多边形，所述侧面为等腰梯形，所述侧面的上端与所述顶面的边缘相连接，所述侧面的侧边与相邻的侧面的侧边相连接，其中，所述顶面的外接圆的直径约为所述螺旋天线单元的天线工作波长的0.7～0.8倍。3.根据权利要求2所述的固定多波束螺旋天线立体阵，其特征在于，还包括一底面，所述底面的形状与所述顶面相同的正多边形，但其面积大于所述顶面，所述底面的各个边分别与侧面的底边相连接。4.根据权利要求1或2所述的固定多波束螺旋天线立体阵，其特征在于，相邻的两个侧面通过侧支架连接，侧面与顶面通过上支架连接，侧面的下边设有下支架，所述上支架、侧支架及下支架构成所述锥台结构的支撑框架。5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健军，庄园，吴小丹，刘伟亮，魏文超，胡浩，黄奕，双小川，张开创，
申请(专利权)人：上海航天测控通信研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31