超宽带双极化天线制造技术

本实用新型专利技术公开了一种超宽带双极化天线，包括一金属底座以及一四臂Sinuous螺旋天线；所述金属底座呈圆锥形，其内部中空且两端开口；所述四臂Sinuous螺旋天线呈与所述金属底座的内表面的圆锥形曲面相适配的圆锥形；所述四臂Sinuous螺旋天线贴设于所述金属底座的内表面。通过上述实施方式，不仅能够充分利用辐射孔径、减小天线的尺寸，还能够增加天线的低仰角辐射，即提高3dB波瓣宽度。

UWB dual polarization antenna

The utility model discloses an ultra wide band dual polarization antenna, which comprises a metal base and a four arm sinuous spiral antenna; the metal base is conical, and the inner part is hollow and the two ends are open; the four arm sinuous spiral antenna is conical which is suitable for the conical surface of the inner surface of the metal base; the four arm sinuous spiral antenna is pasted on the metal base The inner surface of. Through the above embodiments, not only the radiation aperture can be fully utilized, the size of the antenna can be reduced, but also the low elevation radiation of the antenna can be increased, that is, the 3dB lobe width can be increased.

【技术实现步骤摘要】
超宽带双极化天线
本技术涉及通讯天线
，尤其涉及一种超宽带双极化天线。
技术介绍
在微波通信与雷达探测系统中，天线承担着电磁波的发射与接收的任务。信号发射时，天线将导行波转变为空间电磁波并指向特定的方向；信号接收时，天线将空间电磁波转变为高频电磁波传输给射频接收机。近年来，随着通信系统的不断发展与微电子器件的技术工艺提高，涌现出超宽带通信技术和器件工艺制造方法，与传统通信技术相比，超宽带天线技术具有GHz量级的带宽，作为一种全新的天线形式，超宽带天线技术具有以下优点：1）由于超宽带天线技术采用了跳时扩频信号，发射时无限电脉冲信号在更广的频带内分散传播，相对于普通设备产生的噪声，输出功率较低，在接收时的能量还原过程中，通过解扩可以产生扩频增益，这将给系统带来更大的处理增益；2）在同等码速率的条件下，采用超宽带天线技术将给系统带来更强的抗干扰性能；3）超宽带通信由于占有很宽的频带，具有较高的传输速率，可以达到几百到几千Mbps；4）超宽带通信由于不消耗功率较大的载波，只是在需要时发送瞬时脉冲电波，因此消耗的电能相对传统通信方式较小，不仅延长了系统电源的工作时间，也减少了对人体的影响；5）超宽带通信具有更好的保密性。超宽带天线当今广泛应用于电磁测量、电磁兼容测试、超宽带雷达等领域中。其主要实现形式有：1）加脊喇叭，喇叭天线具有频宽带、方向性好、高增益和高功率负载的能力等优点；2）Vivaldi天线，具有低剖面优点；3）自补天线，由于辐射结构自补而具有非频变特点。双极化天线在通信领域中可同时实现收发双工模式，进而可以减少定向基站工作天线的数量，在某些测试领域中可减少对不同极化方向天线的切换次数、移动通信应用中可实现极化分集和频率复用、在卫星通信中可以实现收发的极化隔离、在宽带测向系统中可以提供两个相互正交的极化波。可见超宽带双极化天线在许多领域都有着很大的发展潜力。文献1（陈振华.超宽带平面正弦天线的研究与设计.南京航空航天大学硕士学位论文，2009.）研制了3～15GHz的常规两臂平面正弦天线，采用小型化指数渐变微带馈电巴伦实现馈电，具有超宽带、全极化能力、单孔径的优点。文献2（王涵，胡星.一种双圆极化平面sinuous线的设计与仿真.空间电子技术，2017（5）：76-78.）设计了一种平面sinuous天线，天线主要是由多段阿基米德曲线组成，具有四个馈电端口，配合馈电网络可以实现良好的双圆极化特性，轴比在设计频带内达到3dB以下、方向图不圆度小于0.5dB。天线具有平面结构并能够实现双圆极化，通过蜿蜒曲折的方式减小了尺寸面积。文献3（邵云卿.超宽带天线小型化研究.华南理工大学硕士学位论文，2015.）介绍了一种宽带天线小型化Sinuous天线的设计方法，采用介质加载、电抗加载、增加电流路径等方式缩减天线的辐射面积，缩减Sinuous天线的尺寸。采用加载环耦合的Sinuous天线的直径为44mm，环耦合使天线的缩小系数达到了1.36，10dB回波损耗带宽覆盖2.45～18.7GHz。文献4（李名定.宽波束圆极化天线的研究.西安电子科技大学硕士学位论文，2008.）研究了宽波束圆极化天线的设计方法，提出了多频天线的设计方案，其在基于2-18GHz天线，引入双地板、高介电常数基片以及介质延伸结构等措施，实现了天线辐射特性的优化。上述超宽带圆极化天线具有如下缺点：微带天线若实现宽带特性需要引入多层介质或者是空气层，导致天线体积增大且结构不紧凑；展宽天线带宽或者覆盖两个以上工作频带，需要采用电容和短路销钉等措施引入多模工作模式，加大了天线的设计和加工难度；平面微带天线的低仰角方向增益下降很快，3dB波瓣宽度不足。
技术实现思路
本技术为解决上述技术问题提供一种超宽带双极化天线，不仅能够充分利用辐射孔径、减小天线的尺寸，还能够增加天线的低仰角辐射，即提高3dB波瓣宽度。为解决上述技术问题，本技术提供一种超宽带双极化天线，包括：金属底座以及一四臂Sinuous螺旋天线；所述金属底座呈圆锥形，其内部中空且两端开口；所述四臂Sinuous螺旋天线被弯折成底面与所述金属底座的内表面的圆锥形曲面相适配的结构；所述四臂Sinuous螺旋天线贴设于所述金属底座的内表面。进一步地，所述四臂Sinuous螺旋天线包括四个相同的Sinuous天线单元，各所述Sinuous天线单元的底面均与所述金属底座的内表面的圆锥形曲面相适配，沿所述金属底座的圆周方向，各所述Sinuous天线单元朝向一致且等角度地贴设于所述金属底座的内表面。进一步地，所述Sinuous天线单元包括多段为正弦曲线的辐射臂，各所述辐射臂以一定角度往返折回交错地连接成一体并构成非闭合结构，所述金属底座一端的开口为第一开口、另一端的开口为第二开口，所述第二开口的半径大于所述第一开口的半径，自所述第一开口向所述第二开口的方向，所述Sinuous天线单元中的辐射臂的长度逐渐变大。进一步地，所述Sinuous天线单元中，各所述辐射臂的正弦曲线根据如下公式形成：其中，Rn为第n段曲线的半径，rn=Rn+1/Rn，αn为第n段曲线的角度跨度，φ和r为极坐标系坐标。进一步地，所述Sinuous天线单元中，各相邻两个所述辐射臂之间的角度跨度均被设置为22.5°，以使所述Sinuous天线单元形成为自补图形。进一步地，各相邻所述Sinuous天线单元利用自补图形的特性进行插接嵌套。进一步地，不同所述Sinuous天线单元之间的辐射臂互不接触地插接嵌套。进一步地，所述四臂Sinuous螺旋天线包括沿圆周方向依次设置的第一馈电点、第二馈电点、第三馈电点以及第四馈电点，所述超宽带双极化天线还包括一馈电网络；所述馈电网络包括两个被定义为第一电桥和第二电桥的90°电桥、以及第一巴伦和第二巴伦；所述第一馈电点、所述第二馈电点分别与所述第一电桥的第一输入端、第二输入端电连接，所述第三馈电点、所述第四馈电点分别与所述第二电桥的第一输入端、第二输入端电连接；所述第一电桥的第一输出端、第二输出端分别与所述第一巴伦的第一输入端、所述第二巴伦的第一输入端电连接，所述第二电桥的第一输出端、第二输出端分别与所述第一巴伦的第二输入端、所述第二巴伦的第二输入端电连接；且所述第一巴伦的第一输出端与第一馈电输出端电连接、第二输出端接地，所述第二巴伦的第一输出端接地、第二输出端与第二馈电输出端电连接。进一步地，所述四臂Sinuous螺旋天线采用微波板材制作而成。本技术的超宽带双极化天线，具有如下有益效果：通过采用圆锥形的金属底座及在金属底座内表面设置圆锥形的四臂Sinuous螺旋天线，采用多段正弦曲线实现Sinuous天线单元并通过蜿蜒曲折的方式，不仅能够充分利用辐射孔径、减小天线的尺寸，还能够增加天线的低仰角辐射，即提高3dB波瓣宽度；且通过设计包括两个90°电桥和两个巴伦的馈电网络，并通过双端口输出，可同时实现左旋圆极化和右旋圆极化，即实现该双极化天线的双圆极化。...

【技术保护点】
1.一种超宽带双极化天线，其特征在于，包括：/n一金属底座以及一四臂Sinuous螺旋天线；/n所述金属底座呈圆锥形，其内部中空且两端开口；/n所述四臂Sinuous螺旋天线呈与所述金属底座的内表面的圆锥形曲面相适配的圆锥形；所述四臂Sinuous螺旋天线贴设于所述金属底座的内表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种超宽带双极化天线，其特征在于，包括：
一金属底座以及一四臂Sinuous螺旋天线；
所述金属底座呈圆锥形，其内部中空且两端开口；
所述四臂Sinuous螺旋天线呈与所述金属底座的内表面的圆锥形曲面相适配的圆锥形；所述四臂Sinuous螺旋天线贴设于所述金属底座的内表面。


2.根据权利要求1所述的超宽带双极化天线，其特征在于：
所述四臂Sinuous螺旋天线包括四个相同的Sinuous天线单元，各所述Sinuous天线单元的底面均与所述金属底座的内表面的圆锥形曲面相适配，沿所述金属底座的圆周方向，各所述Sinuous天线单元朝向一致且等角度地贴设于所述金属底座的内表面。


3.根据权利要求2所述的超宽带双极化天线，其特征在于：
所述Sinuous天线单元包括多段为正弦曲线的辐射臂，各所述辐射臂以一定角度往返折回交错地连接成一体并构成非闭合结构，所述金属底座一端的开口为第一开口、另一端的开口为第二开口，所述第二开口的半径大于所述第一开口的半径，自所述第一开口向所述第二开口的方向，所述Sinuous天线单元中的辐射臂的长度逐渐变大。


4.根据权利要求3所述的超宽带双极化天线，其特征在于：
所述Sinuous天线单元中，各所述辐射臂的正弦曲线根据如下公式形成：



其中，Rn为第n段曲线的半径，rn=Rn+1/Rn，αn为第n段曲线的角度跨度，φ和r为极坐标系坐标。


5.根据权利要求4所述的超宽带双极化天线，其特征在于：<...

【专利技术属性】
技术研发人员：卜景鹏，东君伟，马向华，冼育览，
申请(专利权)人：中山香山微波科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44