一种小型超宽带圆极化平面螺旋天线制造技术

本发明专利技术公开了一种小型超宽带圆极化平面螺旋天线，包括作为天线的辐射单元的自补型复合螺旋结构和进行馈电的微带渐变巴伦结构；微带渐变巴伦结构为双面结构，由两条不平衡的微带线渐变为平衡的平行双线，渐变过程中实现了阻抗的变换；所述微带渐变巴伦结构的不平衡端向下延伸至反射器。本发明专利技术的天线在2

【技术实现步骤摘要】
一种小型超宽带圆极化平面螺旋天线


[0001]本专利技术涉及一种小型超宽带圆极化平面螺旋天线。

技术介绍

[0002]无线通信利用电磁波在空间中自由传播的特性来实现信息的远距离交换。天线将高频电流与电磁波进行交换，从而使系统发射或接收不同形式的电磁波。对于无线通信系统来说，天线性能的好坏对其工作效能有着巨大影响，因此天线技术的发展是当前无线通信技术发展中至关重要的一环。
[0003]随着科技的不断发展，无线电频谱不断地得到开拓，无线电系统的带宽也不断地扩展，超宽带(UWB)天线在高速率毫米波无线通信领域有其特有的优势。
[0004]现有的超宽带天线经常采用螺旋天线、槽线天线、vivaldi天线、磁电偶极子天线等结构。其中，只有螺旋天线可以产生圆极化波，与线性极化相比，圆极化的优点是能够减少电离层中的法拉第旋转效应，无需严格限制发射器和接收器天线之间的方向，并且非常有效地减少了来自地面或其他物体的多径干扰。传统的螺旋天线一般采用锥形对数螺旋结构，该种天线缠绕于锥体或圆台，可形成单向电磁辐射，但由于其形状和尺寸的复杂性，该种天线的应用场合比较特殊。由此衍生出的平面螺旋天线采用自补型螺旋线结构，该种天线由两条长、宽相等的金属带线反向盘旋而构成平面螺旋形，天线的金属部分与空白处呈现互补关系。常用的平面螺旋结构有等角螺旋结构、阿基米德螺旋结构等，这种自补型结构使天线能达到近似的非频变特性，使其极化特性能实现轴比低于3dB的近圆极化特性，带宽可以实现多倍频程的超宽带特性。
[0005]由于在特征和应用上的独特性，平面螺旋天线的设计面临各种具有挑战性的问题，如圆极化特性、阻抗，相位，增益，方向图都要在极宽的带宽内有良好的特性并且天线尺寸要小。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术中平面螺旋天线无法在小尺寸下具有极宽带宽的缺陷，提供一种小型超宽带圆极化平面螺旋天线。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：
[0008]本专利技术的目的是提供一种小型化超宽带圆极化平面螺旋天线，工作带宽为2
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18GHz，主要包括但不限于一种将不平衡转换为平衡的微带巴伦馈电结构，一种自补型复合螺旋结构，一种底部开槽的反射器结构。
[0009]自补型复合螺旋结构作为天线的辐射单元，这种复合结构采用“阿基米德螺旋+正弦螺旋”的结构，中心采用阿基米德螺旋结构，外端采用正弦螺旋结构来弯折螺旋天线臂，在保证辐射带内天线臂的电长度不变的情况下，有效地缩小了螺旋天线的尺寸。
[0010]自补型复合螺旋结构通过外接微带线进行馈电，由于自补型平面螺旋天线的结构是平衡对称的，传统的微带馈电结构是不平衡馈电结构，因此需要采用一种平衡
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非平衡转
换的巴伦结构。常见的巴伦结构通常采用加载了短路金属柱的同轴线结构作为辐射器的馈电线，同轴电缆本身的特性阻抗为50Ω，但实际中平面螺旋结构辐射器的特性阻抗稳定在120
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140Ω，不会随着天线臂的改变发生太大的变化，因此同轴线结构变得不适用。为了既保证辐射器和馈电结构的阻抗匹配，又实现馈电结构的巴伦平衡特性，采用微带渐变巴伦结构进行馈电，这种巴伦结构为双面结构，它由两条不平衡的微带线渐变为平衡的平行双线，渐变过程中实现了阻抗的变换。传统的巴伦结构长度应为天线工作的下限频率对应的波长的1/2，这大大增加了天线的尺寸，为了降低天线的剖面实现小型化特性，在不影响天线带内特性的情况下减小了馈线的长度。
[0011]为了抑制平面螺旋天线双向辐射的特性，提供了一种底部开槽的圆形反射器结构，圆形金属地中间开十字形槽，四周加载金属背腔，在不影响馈电的情况下，有效的将向下辐射的左旋圆极化波转化为向上辐射的右旋圆极化波，提高了天线的定向增益。
[0012]为了进一步降低天线的高度，将微带巴伦结构进行弯折，通过测馈的方式进行馈电，大幅度减小天线剖面。但由于微带线平行于螺旋线结构，产生了一定互耦影响，为了消除这种影响，需要延长微带线长度，增大了天线的平面尺寸。
[0013]有益效果：
[0014]本专利技术的天线在2
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18GHz工作频带内保持着稳定的辐射特性，天线的阻抗带宽达到了150％(2
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18GHz)，驻波比小于2，天线在工作带宽内(2
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18GHz)保持着优秀的圆极化特性，轴比小于3dB。在保证天线辐射特性、阻抗带宽、轴比带宽的基础上，对天线的平面尺寸和剖面尺寸都进行了缩减，达到了小型化的特性。
附图说明
[0015]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0016]图1为本专利技术提供的一种新型天线的结构示意图；
[0017]图2为本专利技术提供的天线的俯视图；
[0018]图3为本专利技术提供的天线辐射器单独仿真的回波损耗图；
[0019]图4为本专利技术提供的天线辐射器单独仿真的轴比带宽图；
[0020]图5为本专利技术提供的天线微带巴伦馈电结构示意图；
[0021]图6为本专利技术提供的天线微带巴伦馈电结构的回波损耗图；
[0022]图7为本专利技术提供的天线辐射器和馈电结构整体仿真的回波损耗图；
[0023]图8为本专利技术提供的天线辐射器和馈电结构整体仿真的轴比带宽图；
[0024]图9为本专利技术提供的天线辐射器和馈电结构整体仿真的2GH右旋圆极化方向图；
[0025]图10为本专利技术提供的天线辐射器和馈电结构整体仿真的9GH右旋圆极化方向图；
[0026]图11为本专利技术提供的天线辐射器和馈电结构整体仿真的18GH右旋圆极化方向图；
[0027]图12为本专利技术提供的天线加载反射腔的2GH右旋圆极化方向图；
[0028]图13为本专利技术提供的天线加载反射腔的9GH右旋圆极化方向图；
[0029]图14为本专利技术提供的天线加载反射腔的18GH右旋圆极化方向图；
[0030]图中数字所表示的相应部件名称：1、自补型复合螺旋结构2、渐变微带同轴巴伦馈电结构3、FR4介质基板4、反射器5、十字形开槽结构；
具体实施方式
[0031]以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0032]实施例
[0033]参照附图1所示，一种小型超宽带圆极化平面螺旋天线，包括作为天线的辐射单元的自补型复合螺旋结构1和进行馈电的微带同轴渐变巴伦结构2；
[0034]微带同轴渐变巴伦结构2为双面结构，由两条不平衡的微带线渐变为平衡的平行双线，渐变过程中实现了阻抗的变换；微带同轴渐变巴伦结构2的不平衡端向下延伸至反射器4，反射器4底部开十字形槽5，四周加载环形反射腔。
[0035]自补型复合螺旋结构放置于FR4介质板3上层作为天线的辐射器，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小型超宽带圆极化平面螺旋天线，其特征在于，包括作为天线的辐射单元的自补型复合螺旋结构和进行馈电的微带渐变巴伦结构；微带渐变巴伦结构为双面结构，由两条不平衡的微带线渐变为平衡的平行双线，渐变过程中实现了阻抗的变换；所述微带渐变巴伦结构的不平衡端向下延伸至反射器。2.如权利要求1所述的小型超宽带圆极化平面螺旋天线，其特征在于，所述自补型复合螺旋结构中心为阿基米德螺旋结构，外端采用正弦螺旋结构来弯折螺旋天线臂。3.如权利要求1所述的小型超宽带圆极化平面螺旋天线，其特征在于，所述反射器底部开十字形槽，四周加载环形反射腔。4.如权利要求2所述的小型超宽带圆极化平面螺旋天线，其特征在于，所述自...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐友云，李大鹏，蒋锐，
申请(专利权)人：南京爱而赢科技有限公司，
类型：发明
国别省市：