一种高指向性螺旋狭缝相控阵列天线制造技术

本发明专利技术公开了一种高指向性的螺旋狭缝相控阵列天线，包括正方体基底，在基底的上表面刻蚀一个4×4的螺旋相控阵列天线。本发明专利技术在于：具有较强的方向性，波束指向较窄，可以通过改变阵元之间的相位差的大小来控制主瓣的最大方向，实现主瓣波束指向随时间变化或者扫描。

A high directional helical slot phased array antenna

The phased array antenna of the invention discloses a spiral slit high directivity, including a substrate, array substrate on the surface etching phase in a 4 x 4 spiral. The invention is characterized by strong directivity and narrow beam pointing, which can control the maximum direction of the main lobe by changing the phase difference between the array elements, and realize the change of the main lobe beam direction or scan along with time.

【技术实现步骤摘要】
一种高指向性螺旋狭缝相控阵列天线
本专利技术涉及微波射频天线
，特别涉及一种高指向性的螺旋狭缝相控阵列天线。
技术介绍
螺旋天线是一种具有螺旋形状的天线，分为立体螺旋和平面螺旋两类。立体螺旋又可以分为圆柱形和圆锥形螺旋，如果其直径始终不变，则称为圆柱形螺旋天线；若直径是变化的，则称为圆锥形螺旋线。如果螺旋线是在一个平面内绕成的，则称作平面螺旋天线，平面螺旋又可以分类成阿基米德螺旋天线和等角螺旋天线。螺旋天线是一种非频变天线，它具有良好的圆极化性，同时，也具备良好的宽带性能。在宽频带内表现出相对稳定的阻抗和方向图特性。因为这些特点，螺旋天线具有很宽的应用范围，螺旋天线在很多通信领域起着不可替代的作用，如电子对抗，定向探测系统，空中以及地下的目标探测等，螺旋天线也可用于通讯、传感、跟踪、定位等很多不同的微波频带应用中。螺旋天线最早是由JohnD.Kraus在1947年提出的，他用导电性能良好的金属线制作成一个具有螺旋形状样子的导线，这样做成的天线可以在其轴向方向产生圆极化波，因此，最早的轴向螺旋天线出现了。在随后的一段时间里，有越来越多的研究者加入到对螺旋天线的研究中来，不断更新，发展，丰富着螺旋天线的理论，U.R.Kraft在其发表的论文中提到了，如果削尖螺旋天线的末端部分可以减小天线的轴比，J.L.Wong在文中提到，当把不同半径的线圈链接在一起就可以扩展频带。近年来，国内外对螺旋天线的关注和研究越来越多，不少学者和科研人员投入到螺旋天线的研究中。普通的阿基米德螺旋天线不容易加载，剖面较高，不容易实现小型化，缝隙阿基米德螺旋天线具有和普通阿基米德螺旋天线相类似的性质，由于其更易于加载和更低的剖面，缝隙阿基米德螺旋天线在小型化方面的难度要低于普通的阿基米德螺旋天线，但是，传统的缝隙阿基米德螺旋天线方向性不强，也不能实现主瓣波束指向随时间变化或者扫描，本专利技术中提出的高指向性的螺旋狭缝相控阵列天线具有较强的指向性，主瓣波束指向可以随着时间变化或者扫描。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的缺陷，提供了一种高指向性的螺旋狭缝相控阵列天线，能有效的解决上述现有技术存在的问题。一种高指向性的螺旋狭缝相控阵列天线，包括正方体基底1，在基底1的上表面刻蚀一个4×4的螺旋相控阵列天线2。作为优先，所述螺旋相控阵列天线的一个阵列单元2为一个双臂螺旋阿基米德缝隙相控阵列天线，阵列单元2两两之间的间距相同。作为优先，所述阵列单元2间距为80mm。作为优先，所述双臂螺旋阿基米德缝隙相控阵列天线由金属材料组成，其螺旋线的最大半径为34.47mm,螺旋线起始点到原点的距离为0.5mm，相邻两条臂之间的距离为1.5mm。作为优先，基底1的高度为1.524mm，基底1的长和宽相等为320mm。作为优先，所述基底1材料的介电常数为3.38。为了实现以上专利技术目的，本专利技术采取的技术方案如下：与现有技术相比本专利技术的优点在于：螺旋阿基米德缝隙相控阵列天线具有较强的方向性，波束指向较窄，可以通过改变阵元之间的相位差的大小来控制主瓣的最大方向，实现主瓣波束指向随时间变化或者扫描。附图说明图1为本专利技术实施例螺旋狭缝相控阵列天线的整体结构俯视图；图2为本专利技术实施例螺旋狭缝相控阵列天线的的主视图；图3为本专利技术实施例阿基米德螺旋天线结构示意图；图4为本专利技术实施例简化后的平面阿基米德螺旋天线结构示意图；图5为本专利技术实施例当α＝-120°的时候，螺旋狭缝相控阵列天线在频率为3GHz时候的辐射方向图；图6为本专利技术实施例当α＝-90°的时候，螺旋狭缝相控阵列天线在频率为3GHz时候的辐射方向图；图7为本专利技术实施例当α＝-60°的时候，螺旋狭缝相控阵列天线在频率为3GHz时候的辐射方向图；图8为本专利技术实施例当α＝-30°的时候，螺旋狭缝相控阵列天线在频率为3GHz时候的辐射方向图；图9为本专利技术实施例当α＝30°的时候，螺旋狭缝相控阵列天线在频率为3GHz时候的辐射方向图；图10为本专利技术实施例当α＝60°的时候，螺旋狭缝相控阵列天线在频率为3GHz时候的辐射方向图；图11为本专利技术实施例当α＝90°的时候，螺旋狭缝相控阵列天线在频率为3GHz时候的辐射方向图；图12为本专利技术实施例当α＝120°的时候，螺旋狭缝相控阵列天线在频率为3GHz时候的辐射方向图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本专利技术做进一步详细说明。一种高指向性的螺旋狭缝相控阵列天线总体结构设计图如图1、2所示，天线结构的参数分布如下所示：基底1的长和宽相等，a＝b＝320mm，阵元2之间的间距d1＝d2＝80mm，基底1的高度h＝1.524mm，相邻两臂之间的间距w＝1.5mm，基底1材料的介电常数为3.38；本次设计的螺旋狭缝相控阵列天线是平面阿基米德螺旋天线的一种，所以，阿基米德螺旋天线的设计原理对于本次设计同样适用，普通的阿基米德螺旋天线得结构如图3所示，一般的，平面阿基米德螺旋线的方程为：其中为曲线上任意一点到极坐标原点的距离，为方位角，为起始角，螺旋线的最大半径r＝34.47mm，r0为螺旋线起始点到原点的距离，r0＝0.5mm，c为常数，称为螺旋增长率。在式(1)中分别令和即可得两条起始点分别为A和B的对称阿基米德螺旋线，如图4所示。以这样的两条阿基米德螺旋线为两臂，就构成了阿基米德平面螺旋天线。阿基米德螺旋天线的辐射原理：阿基米德螺旋天线的简易图如图4所示，当我们对C,D两点进行馈电的时候，虽然点C到M点的距离和D点到N点的距离相等，但是，在C，D两点处的电流方向是不一样的，相差180度，同理可知，得出在相应的点M,N位置处的相位也是相反的，同时，M1是与点M相邻的一个点，而且弧M1D的长度与弧CM的长度相差为πr,于是，我们可以进一步推理出点M和点M1之间的电流相位差，如下式所示：π+k0πr≈π+πr×2π/λ(2)从(2)式中，我们可以知道，当在线圈周长为一个波长的地方，也就是r＝λ/2π的时候,可以发现点M和点M1之间的电流相位差为2π，此时，相邻两点的电流有相同的相位，阿基米德螺旋天线在螺旋线轴向方向场强同相叠加形成最大辐射，所以阿基米德螺旋天线在周长约等于一个波长的地方就是天线的有效辐射区，有效辐射区并不是固定不变的，它是随着天线工作频率的变化而变化，当天线的频率减少时，天线的有效辐射区会向螺旋的外圈移动，反之，当天线的频率升高时，天线的有效辐射区会向螺旋的内圈移动，但是，不管有效辐射区怎样移动，天线的辐射方向图的形状基本保持不变，这也是进一步验证了阿基米德螺旋天线为非频变螺旋天线。实验结果与分析：经过一系列的优化设计，我们得到了以下的实验结果,当α在(-π,π)之间变化的时候，我们分别得到了螺旋狭缝相控阵列天线在频率2GHz和3GHz的方向性，如下表1所示，从表中得知，当频率分别在2GHz和3GHz的时候，随着α在(-π,π)之间逐渐的增大，螺旋狭缝相控阵列天线的方向性都是先增加后减少，方向性的数值大小呈对称性分布的趋势，而且，不管α的大小取何值，螺旋狭缝相控阵列天线在频率为3GHz的方向性总是大于频率为2GHz时候的方向性。当频率为3GHz的时候，我们还给出了当α在(-2π/3,2π/3)之间取不同值的时候的辐射方向图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高指向性的螺旋狭缝相控阵列天线，其特征在于包括：正方体基底(1)，在基底(1)的上表面刻蚀一个4×4的螺旋相控阵列天线(2)。

【技术特征摘要】
1.一种高指向性的螺旋狭缝相控阵列天线，其特征在于包括：正方体基底(1)，在基底(1)的上表面刻蚀一个4×4的螺旋相控阵列天线(2)。2.根据权利要求1所述的一种高指向性的螺旋狭缝相控阵列天线，其特征在于：所述螺旋相控阵列天线的一个阵列单元(2)为一个双臂螺旋阿基米德缝隙相控阵列天线，阵列单元(2)两两之间的间距相同。3.根据权利要求2所述的一种高指向性的螺旋狭缝相控阵列天线，其特征在于：所述阵列单元(2)间距为80mm。4.根据权利要求3所述的一种高...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟东洲，刘程鹏，
申请(专利权)人：五邑大学，
类型：发明
国别省市：广东,44