螺旋反射天线及其构成的高功率容量阵列和发射系统技术方案

本发明专利技术涉及螺旋天线技术。本发明专利技术公开了一种螺旋反射天线及其构成的高功率容量阵列和发射系统。本发明专利技术的螺旋反射天线，用于反射电磁波，包括反射面、螺旋天线和旋转机构；所述螺旋天线置于所述反射面前方，并固定在支撑轴上；所述螺旋天线与所述支撑轴同轴，其起始点位于所述支撑轴轴线上；所述支撑轴与旋转机构连接；所述旋转机构用于驱动支撑轴旋转，调整反射电磁波的相位。本发明专利技术的高功率容量螺旋反射天线阵列，由上述螺旋反射天线排列成阵列构成。本发明专利技术的高功率容量螺旋反射天线发射系统，由上述高功率容量螺旋反射天线阵列和馈源构成。本发明专利技术提高了高功率微波辐射天线的带宽，同时具有布阵灵活且易于共形等性能。

【技术实现步骤摘要】
螺旋反射天线及其构成的高功率容量阵列和发射系统
本专利技术涉及螺旋天线技术，特别涉及螺旋天线馈电技术，具体而言，涉及一种螺旋反射天线及其构成的高功率容量阵列和发射系统。
技术介绍
螺旋天线可以分为平面螺旋天线和立体螺旋天线等。立体螺旋天线根据绕制形状又可以分为圆柱形螺旋天线、圆锥形螺旋天线等。本专利技术主要涉及立体螺旋天线，以下统称为螺旋天线。螺旋天线应用非常广泛，特别是在大功率微波发射领域，各种螺旋天线构成的微波天线系统，是构成高功率容量微波发射系统的核心。为了扩大功率容量通常可以把若干螺旋天线组合起来，构成螺旋天线阵列。高功率容量微波天线是高功率微波系统的核心组成部分之一，其性能直接关系到能否将高功率微波源输出的能量有效作用到目标上，是高功率微波应用的关键技术。高功率容量阵列天线是近年来提出并逐渐发展起来的新型高功率微波辐射天线，根据有关文献报道，阵列天线基本已适合于高功率微波天线的发展需求。目前，比较有代表性的高功率阵列天线有：高功率径向线螺旋阵列天线、高功率径向线缝隙阵列天线、高功率波束扫描传输透镜天线、高功率漏波波导天线等。分析发现，现有技术高功率阵列天线的馈电方式多采用强制馈电，阵列中每个螺旋天线通过功分网络与信号源连接。申请人2017年8月23号提交的《螺旋天线系统》专利申请(公开号CN107482311A)，公开了一种螺旋天线阵列馈电系统。该专利采用波导馈电，阵列中每个螺旋天线都通过馈电探针从波导中传输的电磁波提取信号。强制馈电方式在阵列规模增大时，馈电网络会变得特别复杂，馈电损耗等问题会极为突出，特别是在高频段，严重限制了其带宽性能，造成天线的利用率极低。随着高功率微波技术和通信技术的深入发展，高功率微波天线在军用和民用领域具有越来越强的应用价值，对宽带高功率容量微波天线的研究需求越来越迫切。
技术实现思路
本专利技术利用具有高功率容量、宽带性能的螺旋天线作为辐射单元，采用空间馈电以摆脱强制馈电的限制，较大程度地提高了高功率微波辐射天线的带宽，同时具有布阵灵活且易于共形等性能。为了实现上述目的，根据本专利技术具体实施方式的一个方面，提供了一种螺旋反射天线，用于反射电磁波，其特征在于：包括反射面、螺旋天线和旋转机构；所述螺旋天线置于所述反射面前方，并固定在支撑轴上；所述螺旋天线与所述支撑轴同轴，其起始点位于所述支撑轴轴线上；所述支撑轴与旋转机构连接；所述旋转机构用于驱动支撑轴旋转，调整反射电磁波的相位。进一步的：所述螺旋天线包括第一螺旋单元和第二螺旋单元，第一螺旋单元和第二螺旋单元与所述支撑轴同轴，其起始点位于所述支撑轴轴线上；所述第一螺旋单元和第二螺旋单元起始点位于相同初始方向；所述第一螺旋单元位于第二螺旋单元和反射面之间，所述第二螺旋单元位于所述支撑轴顶端；所述支撑轴底端穿过反射面与旋转机构连接。进一步的：第一螺旋单元和第二螺旋单元具有相同线径；第一螺旋单元圆周角大于第二螺旋单元圆周角；第一螺旋单元基圆半径大于第二螺旋单元基圆半径。进一步的：所述反射面为顶面开放的圆柱形；所述圆柱形底面半径大于第一螺旋单元基圆半径。进一步的：所述旋转机构包括电动机、减速机构和控制系统；电动机转轴通过减速机构与所述支撑轴连接，所述电动机与控制系统电连接。为了实现上述目的，根据本专利技术具体实施方式的另一个方面，提供了一种高功率容量螺旋反射天线阵列，其特征在于：由上述螺旋反射天线排列成阵列构成。进一步的：所述阵列为平面阵列或曲面阵列。进一步的：所述平面阵列为N×M矩阵或环形阵列；N、M为螺旋反射天线的数量；N、M为整数，N≥1，M≥1。进一步的：每个螺旋反射天线的电动机与同一个控制系统电连接。为了实现上述目的，根据本专利技术具体实施方式的另一个方面，提供了一种高功率容量螺旋反射天线发射系统，其特征在于：由上述高功率容量螺旋反射天线阵列和馈源构成，所述馈源用于向所述螺旋反射天线阵列辐射电磁波。进一步的：所述馈源由辐射圆极化波的天线构成，用于向所述螺旋反射天线阵列辐射圆极化波。进一步的：所述馈源辐射波束形状为笔形波束或其他赋形波束。进一步的：所述馈源馈电方式为正馈或偏馈。本专利技术的有益效果是，采用空间馈电方式，克服了传统天线由于强制馈电而造成的带宽限制，其可以在较宽频带内实现高功率微波辐射；阵列单元的排布方式不受馈电系统的限制，其布阵灵活且易于共形；摆脱由于插入损耗而造成天线效率的限制，其效率较高。与传统反射阵列天线相比，在整个天线系统中没有介质存在，而是通过金属螺旋天线单元的旋转来实现相移，克服由于介质存在而造成的功率容量限制，其功率容量较高。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步的说明。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的具体实施方式、示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为实施例1螺旋反射天线结构示意图；图2为图1的俯视图；图3实施例2高功率容量螺旋反射天线阵列结构示意图；图4为实施例3高功率容量螺旋反射天线阵列结构示意图；图5为实施例4高功率容量螺旋反射天线阵列结构示意图；图6为实施例5高功率容量螺旋反射天线发射系统结构示意图；图7为实施例6高功率容量螺旋反射天线发射系统结构示意图；图8为实施例7螺旋天线结构示意图；图9为图8的俯视图；图10为实施例7所示螺旋反射天线数字模拟示意图，其中：图10(a)为共极化和交叉极化的幅度响应曲线；图10(b)为不同入射角度的反射相位随角度转动的响应曲线；图10(c)为不同频率反射相位随角度转动的响应曲线；图10(d)为不同频率下的幅度响应曲线；图11为实施例7所示螺旋反射天线构成的高功率容量螺旋反射天线阵列及其发射系统数字模拟示意图，其中：图11(a)为不同频率下的远场方向图；图11(b)为不同频率下的增益和口径效率曲线；图11(c)为主波束方向为20°远场方向图；图11(d)为不同扫描角度对应的远场方向图；图11(e)为不同扫描角度对应的增益和口径效率曲线；图11(f)为螺旋反射天线阵列的场强分布示意图；附图中：10为馈源；20为螺旋反射天线阵列；30为螺旋反射天线；31为螺旋天线；31a为第一螺旋单元；31b为第二螺旋单元；32为反射面；33为支撑轴；34为旋转机构；35为匹配球；D为螺旋单元线径或支撑轴直径；H1为第一螺旋单元与反射面的距离；H2为第一螺旋单元与第二螺旋单元之间的距离；H3为反射面圆柱高度；R1为第一螺旋单元螺旋半径；R2为第二螺旋单元螺旋半径；R3为反射面圆柱底面半径；OP为支撑轴轴线；e为馈源辐射方向；n为螺旋反射天线阵列阵面法线方向具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的具体实施方式、实施例以及其中的特征可以相互组合。现将参考附图并结合以下内容详细说明本专利技术。为了使本领域技术人员更好的理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术具体实施方式、实施例中的附图，对本专利技术具体实施方式、实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的具体实施方式、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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.螺旋反射天线，用于反射电磁波，其特征在于：包括反射面、螺旋天线和旋转机构；所述螺旋天线置于所述反射面前方，并固定在支撑轴上；所述螺旋天线与所述支撑轴同轴，其起始点位于所述支撑轴轴线上；所述支撑轴与旋转机构连接；所述旋转机构用于驱动支撑轴旋转，调整反射电磁波的相位。

【技术特征摘要】
1.螺旋反射天线，用于反射电磁波，其特征在于：包括反射面、螺旋天线和旋转机构；所述螺旋天线置于所述反射面前方，并固定在支撑轴上；所述螺旋天线与所述支撑轴同轴，其起始点位于所述支撑轴轴线上；所述支撑轴与旋转机构连接；所述旋转机构用于驱动支撑轴旋转，调整反射电磁波的相位。2.根据权利要求1所述的螺旋反射天线，其特征在于：所述螺旋天线包括第一螺旋单元和第二螺旋单元，第一螺旋单元和第二螺旋单元与所述支撑轴同轴，其起始点位于所述支撑轴轴线上；所述第一螺旋单元和第二螺旋单元起始点位于相同初始方向；所述第一螺旋单元位于第二螺旋单元和反射面之间，所述第二螺旋单元位于所述支撑轴顶端；所述支撑轴底端穿过反射面与旋转机构连接。3.根据权利要求2所述的螺旋反射天线，其特征在于：第一螺旋单元和第二螺旋单元具有相同线径；第一螺旋单元圆周角大于第二螺旋单元圆周角；第一螺旋单元基圆半径大于第二螺旋单元基圆半径。4.根据权利要求2所述的螺旋反射天线，其特征在于：所述反射面为顶面...

【专利技术属性】
技术研发人员：李相强，孔歌星，张健穹，王庆峰，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51