一种基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线制造技术

本发明专利技术公开了一种基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线，包括平面四臂螺旋天线辐射本体、金属杯形腔、介质覆盖层以及印刷在介质覆盖层上表面的金属贴片，平面四臂螺旋天线辐射本体设置在介质覆盖层的下表面，且位于金属杯形腔正上方，金属杯形腔的内腔上部分为圆柱形，下部分为倒锥形，且金属杯形腔底部设有一锥形凸台。金属贴片沿圆形介质覆盖层上表面外沿等间距分布，且各个金属贴片到介质覆盖层中心的距离相等，用于提高天线的低仰角的增益。本发明专利技术的天线具有超宽带，宽波束，结构简单，加工方便等优点，可通过结构参数的缩放适用于不同发工作频段。

A kind of ultra wideband conical beamforming antenna based on planar four arm spiral antenna

The invention discloses an ultra wideband conical beam antenna planar four arm spiral antenna based on the plane, including four arm spiral antenna radiation body, a metal cup shaped cavity, dielectric layer and dielectric layer printed on the upper surface of the metal patch, planar four arm spiral antenna radiation body is arranged on the surface of the lower dielectric layer, and is located just above the metal cup shaped cavity, the inner cavity of the metal cup shaped cavity part is cylindrical, the lower part is a cone, and the metal cup shaped cavity bottom is provided with a conical boss. The metal patch along the circular dielectric layer on the surface of the outer edge of space distribution, equal distance and each metal patch to cover the media center, for low elevation gain antenna. The antenna of the invention has the advantages of ultra wideband, wide beam, simple structure, convenient processing, etc., and can be applied to different working frequency bands by scaling the structural parameters.

【技术实现步骤摘要】
一种基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线
本专利技术属于超宽带天线领域，具体涉及一种基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线。
技术介绍
平面螺旋天线具有阻抗带宽宽、剖面低、轴比低、多种工作模式等优点，在天线设计领域受到广泛关注。传统的平面螺旋天线其辐射方向图指向沿着天线轴向，而工作于二次模的平面螺旋天线其辐射方向图为锥状波束，在低仰角能获得更好的辐射性能。为了实现天线的单向辐射，通常会在平面螺旋天线的一侧加高度约为四分之一波长的金属背腔。由于背腔高度恒定，辐射能量不能在整个工作频段上实现同相叠加。文献1(Elmansouri,MohamedA.,M.J.Radway,andD.S.Filipovic.“Frequency-andTime-DomainPerformanceofFour-ArmMode-2SpiralAntennas,”IEEETransactionsonAntennas&Propagation60.6(2012):2627-2634.)当平面四臂螺旋天线相邻馈电点之间的相位满足{0°,180°,0°,180°}时辐射锥状波束。文献2(Ge,Xuxu,etal."Animprovedhat-shapedcavity-backedArchimedeanspiralantenna."InternationalSymposiumonAntennas,Propagation&EmTheoryIEEE,2012:97-100.)通过加帽形背腔和介质覆盖层展宽天线波束宽度，但个别频点方向图畸变。由上可知，现有技术虽然实现了锥状波束天线的设计，且对天线的背腔也作出了相关的改进，但波束宽度仍然较窄。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线，在实现宽带的同时增强天线在低仰角的辐射性能。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线，包括平面四臂螺旋天线辐射本体、金属杯形腔、介质覆盖层以及印刷在介质覆盖层上表面的金属贴片，所述平面四臂螺旋天线辐射本体设置在介质覆盖层的下表面，且位于金属杯形腔正上方，所述金属杯形腔的内腔上部分为圆柱形，下部分为倒锥形，且金属杯形腔底部设有一锥形凸台,该锥形凸台小端面伸入至金属杯形腔内，锥形凸台与金属杯形腔的中心线重合。优选地，金属贴片沿圆形介质覆盖层上表面外沿等间距分布，且各个金属贴片到介质覆盖层中心的距离相等。优选地，平面四臂螺旋天线辐射本体的周长小于天线工作频段最低频的二倍波长。优选地，金属杯形腔底部的内径小于金属杯形腔的口径。优选地，金属杯形背腔[2]的总体高度H为14mm，口径为2*R0＝31mm，底部的内径为2*r2＝28mm，下部分倒锥形内腔的高度h2为6mm，金属杯形背腔[2]底部的锥形凸台的高度h1为9mm，锥形凸台顶部的半径r0为1mm，锥形凸台底部的半径r1为11mm。优选地，介质覆盖层的直径大于平面四臂螺旋天线辐射本体[1]的直径。优选地，面四臂螺旋天线辐射本体[1]的半径RL为16mm。优选地，介质覆盖层的厚度t为1mm，半径Rd为25mm，其上表面印刷的方形金属贴片的边长p为3.6mm。本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：1)本专利技术的基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线，通过对金属背腔的改进，避免了工作频段中个别频点方向图畸变的问题；2)本专利技术的基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线，在介质覆盖层上表面外围加载若干金属贴片，天线低仰角的辐射性能得到进一步改善；3)本专利技术的基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线结构简单，易于实现。下面结合附图对本专利技术进一步详细描述。附图说明图1是本专利技术一种基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线的结构三维图。图2是本专利技术一种基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线的结构主视图。图3是本专利技术一种基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线的结构俯视图。图4是本专利技术一种基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线仿真的驻波曲线与传统背腔式四臂螺旋天线仿真的驻波曲线的对比。图5是本专利技术一种基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线仿真的频率为8GHz时的辐射方向图与传统背腔式四臂螺旋天线仿真的辐射方向图的对比。图6是本专利技术一种基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线仿真的频率为10GHz时的辐射方向图与传统背腔式四臂螺旋天线仿真的辐射方向图的对比。图7是本专利技术一种基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线仿真的频率为12GHz时的辐射方向图与传统背腔式四臂螺旋天线仿真的辐射方向图的对比。图8是本专利技术一种基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线仿真的仰角为75°处的增益曲线与传统背腔式四臂螺旋天线仿真的增益曲线的对比。具体实施方式结合附图，一种基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线，包括平面四臂螺旋天线辐射本体1、金属杯形腔2、介质覆盖层4以及印刷在介质覆盖层4上表面的金属贴片3，所述平面四臂螺旋天线辐射本体1设置在介质覆盖层4的下表面，且位于金属杯形腔2正上方，所述金属杯形腔2的内腔上部分为圆柱形，下部分为倒锥形，且金属杯形腔2底部设有一锥形凸台,该锥形凸台小端面伸入至金属杯形腔2内，锥形凸台与金属杯形腔2的中心线重合。进一步的实施例中，所述金属贴片3沿圆形介质覆盖层4上表面外沿等间距分布，且各个金属贴片3到介质覆盖层4中心的距离相等。进一步的实施例中，平面四臂螺旋天线辐射本体1的周长小于天线工作频段最低频的二倍波长。进一步的实施例中，金属杯形腔2底部的内径小于金属杯形腔2的口径。进一步的实施例中，金属杯形背腔2的总体高度H为14mm，口径为2*R0＝31mm，底部的内径为2*r2＝28mm，下部分倒锥形内腔的高度h2为6mm，金属杯形背腔2底部的锥形凸台的高度h1为9mm，锥形凸台顶部的半径r0为1mm，锥形凸台底部的半径r1为11mm。进一步的实施例中，介质覆盖层4的直径大于平面四臂螺旋天线辐射本体1的直径。进一步的实施例中，平面四臂螺旋天线辐射本体1的半径RL为16mm。进一步的实施例中，介质覆盖层4的厚度t为1mm，半径Rd为25mm，其上表面印刷的方形金属贴片3的边长p为3.6mm。本专利技术的工作原理为：当平面四臂螺旋天线的四个馈电点的相位满足{0°,180°,0°,180°}时工作于二次模，辐射方向图为锥状波束。在金属背腔底部加锥形凸台并将金属杯形腔内壁优化为杯形结构，天线可以在整个工作频段实现同相叠加从而提高天线增益。天线的介质覆盖层会存在表面波，在介质覆盖层上表面外围加载若干金属贴片可以对表面波起到一定的引向作用，同时金属贴片将耦合到的能量再次辐射，改善了天线低仰角的辐射性能。下面结合实施例对本专利技术做进一步详细的描述。实施例1结合图1，本实施例中一种基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线，包括平面四臂螺旋天线辐射本体1、金属杯形腔2、介质覆盖层4以及印刷在介质覆盖层4上表面的金属贴片3，所述平面四臂螺旋天线辐射本体1设置在介质覆盖层4的下表面，且位于金属杯形腔2正上方，所述金属杯形腔2的内腔上部分为圆柱形，下部分为倒锥形，且金属杯形腔2底部设有一锥形凸台。金属贴片3沿圆形介质覆盖层4上表面外沿等间距分布，且各个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线，其特征在于，包括平面四臂螺旋天线辐射本体[1]、金属杯形腔[2]、介质覆盖层[4]以及印刷在介质覆盖层[4]上表面的金属贴片[3]，所述平面四臂螺旋天线辐射本体[1]设置在介质覆盖层[4]的下表面，且位于金属杯形腔[2]正上方，所述金属杯形腔[2]的内腔上部分为圆柱形，下部分为倒锥形，且金属杯形腔[2]底部设有一锥形凸台，该锥形凸台小端面伸入至金属杯形腔[2]内，锥形凸台与金属杯形腔[2]的中心线重合。

【技术特征摘要】
1.一种基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线，其特征在于，包括平面四臂螺旋天线辐射本体[1]、金属杯形腔[2]、介质覆盖层[4]以及印刷在介质覆盖层[4]上表面的金属贴片[3]，所述平面四臂螺旋天线辐射本体[1]设置在介质覆盖层[4]的下表面，且位于金属杯形腔[2]正上方，所述金属杯形腔[2]的内腔上部分为圆柱形，下部分为倒锥形，且金属杯形腔[2]底部设有一锥形凸台，该锥形凸台小端面伸入至金属杯形腔[2]内，锥形凸台与金属杯形腔[2]的中心线重合。2.根据权利要求1所述的基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线，其特征在于，所述金属贴片[3]沿圆形介质覆盖层[4]上表面外沿等间距分布，且各个金属贴片[3]到介质覆盖层[4]中心的距离相等。3.根据权利要求1所述的基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线，其特征在于，平面四臂螺旋天线辐射本体[1]的周长小于天线工作频段最低频的二倍波长。4.根据权利要求1所述的基于平面四臂螺旋天线的超宽带锥状波束天线，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昊，纪慧蓉，俞君喆，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32