一种超宽带混合螺旋天线制造技术

本发明专利技术公开了一种超宽带混合螺旋天线，包括一个双臂混合螺旋天线、一个锥削渐变同轴巴伦、一层混合吸波材料和一个金属背腔，所述双臂混合螺旋天线包括一层介质基板和安装在介质基板上的两个混合螺旋天线单元，两个混合螺旋天线单元具有相同的结构和尺寸，一个混合螺旋天线单元可以视作由另一个混合螺旋天线单元旋转180°复制而成，双臂混合螺旋天线的螺旋辐射体位于金属背腔的口面。本发明专利技术所公开的超宽带混合螺旋天线，采用准等角螺旋天线与准阿基米德螺旋天线相混合的方式，既可以通过提高内圈准等角螺旋天线的占空比以保持其优良的高频特性，又可以调节外圈准阿基米德螺旋天线的占空比和线宽以保持其优良的低频特性，解决了螺旋天线的带宽受占空比影响的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种超宽带混合螺旋天线
本专利技术属于天线
，特别涉及该领域中的一种超宽带混合螺旋天线。
技术介绍
螺旋天线是一种性能较优异的宽频带天线，广泛用于超宽带通信、电子战、宽带频谱监测、宽带被动制导等军用和民用领域。螺旋天线作为非频变天线之一，由于其稳定的宽带特性受到人们的重视。螺旋天线有等角螺旋天线、阿基米德螺旋天线和Sinuous螺旋等类型。对于圆极化宽带天线而言，Sinuous螺旋由于需要由四臂构成，需要宽带功分网络和双巴伦设计，其复杂度和难度远大于等角螺旋天线和阿基米德螺旋天线。目前广泛采用的是等角螺旋天线、阿基米德螺旋天线以及两者的混合螺旋天线。传统等角螺旋天线和阿基米德螺旋天线都具有恒定的占空比。由两者构成的混合螺旋天线由于需要在连接处平滑过渡，因此也要求有相同的占空比。为了获得较好的低频特性，位于外围的螺旋通常采用1:1的占空比，即在螺臂上填充空白等分，但是在螺线的最内侧，由于空间有限，1:1的占空比会使辐射臂变得非常细窄，一方面损耗增大，另一方面对天线的加工精度要求极高。所以为了在一定加工精度上实现高频段的优良特性，需要提高占空比以增加辐射臂的宽度，但这会导致天线在低频段的特性恶化。考虑到实际载体的设计要求，通常天线需要被设计为单向辐射。常用的螺旋天线单向辐射设计方法为背腔加载。理论上，对于单一频点，若背腔底部距离辐射天线四分之一波长，则可以使反射波和直射波同相叠加提高增益。进一步还可以基于同相反射带隙来使天线辐射臂紧贴背腔实现单向辐射。但上述方法要求天线与背腔底部距离保持四分之一波长，并不适合超宽带天线。而目前基于谐振机理构建的同相反射带隙也由于反射带隙过窄、单元尺寸过大，无法在全频段形成较好的反射效果，无法实现超宽带设计。另一种折中的方法就是采用吸波材料填充背腔来吸收背向辐射，形成单向辐射。但传统的碳粉掺杂海棉类吸波材料由于需要较厚的尺寸来覆盖低频段，使得天线腔体深度较大，此外为了更好的覆盖低频段往往还需要和铁基类吸波材料组合使用，从而使该类天线剖面大、重量大、成本高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题就是提供一种超宽带混合螺旋天线，在解决常规螺旋天线整体尺寸大、重量大、造价高问题的同时，还能保障天线的超宽带特性。本专利技术采用如下技术方案：一种超宽带混合螺旋天线，其改进之处在于：包括一个双臂混合螺旋天线、一个锥削渐变同轴巴伦、一层混合吸波材料和一个金属背腔，所述双臂混合螺旋天线包括一层介质基板和安装在介质基板上的两个混合螺旋天线单元，两个混合螺旋天线单元具有相同的结构和尺寸，一个混合螺旋天线单元可以视作由另一个混合螺旋天线单元旋转180°复制而成，双臂混合螺旋天线的螺旋辐射体位于金属背腔的口面；所述混合吸波材料加载于金属背腔的底部和双臂混合螺旋天线之间，所述锥削渐变同轴巴伦竖直放在金属背腔内部并穿过混合吸波材料与双臂混合螺旋天线垂直，锥削渐变同轴巴伦的内芯和外皮分别与双臂混合螺旋天线的两个混合螺旋天线单元相连。进一步的，混合螺旋天线单元的内圈采用数圈占空比可变的准等角螺旋天线，外圈采用数圈占空比可变的准阿基米德螺旋天线，内圈和外圈平滑连接。进一步的，同一混合螺旋天线单元中，准等角螺旋天线对应的两条线根据如下公式形成：r＝rmin×exp(αc×θ)r'＝R(θ)×rmin×exp(αc×θ)R(θ)＝R_in+(R_out-R_in)×θ/θmax其中，rmin是最小半径，αc是螺旋指数增长率，θ为旋转过的角度，θmax＝m×2×π，m为圈数，R_in、R_out分别决定了起点和终点的占空比，R(θ)为旋转过θ角度时对应的半径，螺臂对应的两条线外围端点为：r1＝rmin×exp(αc×θmax)r1'＝R×rmin×exp(αc×θmax)终点占空比为：终点线宽为：W1＝(1-R)×rmin×exp(αc×θmax)准阿基米德螺旋天线的一臂对应的两条线由如下曲线方程确定：其中，W控制起始线宽，αa控制起始单圈增幅和占空比，k1控制单圈增幅总体变化，k2控制占空比总体变化，n1,n2控制变化的速度；m圈准等角螺旋天线和准阿基米德螺旋天线连接处的起始半径r0、螺线宽度W1和占空比FT1这三个参数的平滑过渡通过下列关系实现：r0＝rmin×exp(αc×2πm)W1＝(1-R)×rmin×exp(αc×2πm)αa＝W1/(r0×FT1×π)。进一步的，所述混合吸波材料由上层的海绵吸波材料和下层的高阻抗表面组合而成，海绵吸波材料为10mm厚的碳粉加载海绵吸波材料，高阻抗表面由介质板、介质板一侧的周期金属贴片和介质板另一侧的金属底板组成，金属贴片通过金属通孔与地板相连。进一步的，锥削渐变同轴巴伦的内芯和外皮分别与双臂混合螺旋天线的两个混合螺旋天线单元的馈电点相连。本专利技术的有益效果是：本专利技术所公开的超宽带混合螺旋天线，采用准等角螺旋天线与准阿基米德螺旋天线相混合的方式，既可以通过提高内圈准等角螺旋天线的占空比以保持其优良的高频特性，又可以调节外圈准阿基米德螺旋天线的占空比和线宽以保持其优良的低频特性，解决了螺旋天线的带宽受占空比影响的问题。实现了综合准阿基米德螺旋天线和准等角螺旋天线的优势、兼顾高低频特性，同时也使得宽带螺旋天线更易于加工实现。本专利技术所公开的超宽带混合螺旋天线，混合吸波材料基于高阻抗表面和碳粉加载海绵吸波材料，利用反射和吸收两种机理实现9个倍频的超宽带吸收。用于背腔天线后减小了腔体深度。具有低剖面、超宽带的优势。在混合吸波材料的下层放置一层高阻抗表面可以起到两方面的作用：(1)电磁波在高阻抗表面中的局部谐振可以使场在局部振荡，从而使混合吸波材料可以更好的吸收，产生谐振性吸收峰值。(2)电磁波在高阻抗表面的反射相位不同于在金属表面的反相反射，从而使经过背腔底部反射回背腔口面的电磁波相位发生变化，若能将此相位调整到与前向辐射同相叠加的范围，则有利于天线的辐射特性。另外由于高阻抗表面位于混合吸波材料和基片之中，更易于其单元小型化设计。附图说明图1是本专利技术实施例1所公开天线的结构示意图；图2是本专利技术实施例1所公开天线中双臂混合螺旋天线螺旋辐射体的俯视示意图；图3是本专利技术实施例1所公开天线中混合吸波材料的结构示意图；图4是本专利技术实施例1所公开天线中混合吸波材料的计算结果示意图；图5是本专利技术实施例1所公开天线加载了巴伦和混合吸波材料背腔后的结构示意图；图6是本专利技术实施例1所公开天线输入端口的轴比仿真结果图；图7是本专利技术实施例1所公开天线的S11仿真结果图；图8是本专利技术实施例1所公开天线的增益仿真结果图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超宽带混合螺旋天线，其特征在于：包括一个双臂混合螺旋天线、一个锥削渐变同轴巴伦、一层混合吸波材料和一个金属背腔，所述双臂混合螺旋天线包括一层介质基板和安装在介质基板上的两个混合螺旋天线单元，两个混合螺旋天线单元具有相同的结构和尺寸，一个混合螺旋天线单元可以视作由另一个混合螺旋天线单元旋转180°复制而成，双臂混合螺旋天线的螺旋辐射体位于金属背腔的口面；所述混合吸波材料加载于金属背腔的底部和双臂混合螺旋天线之间，所述锥削渐变同轴巴伦竖直放在金属背腔内部并穿过混合吸波材料与双臂混合螺旋天线垂直，锥削渐变同轴巴伦的内芯和外皮分别与双臂混合螺旋天线的两个混合螺旋天线单元相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种超宽带混合螺旋天线，其特征在于：包括一个双臂混合螺旋天线、一个锥削渐变同轴巴伦、一层混合吸波材料和一个金属背腔，所述双臂混合螺旋天线包括一层介质基板和安装在介质基板上的两个混合螺旋天线单元，两个混合螺旋天线单元具有相同的结构和尺寸，一个混合螺旋天线单元可以视作由另一个混合螺旋天线单元旋转180°复制而成，双臂混合螺旋天线的螺旋辐射体位于金属背腔的口面；所述混合吸波材料加载于金属背腔的底部和双臂混合螺旋天线之间，所述锥削渐变同轴巴伦竖直放在金属背腔内部并穿过混合吸波材料与双臂混合螺旋天线垂直，锥削渐变同轴巴伦的内芯和外皮分别与双臂混合螺旋天线的两个混合螺旋天线单元相连。


2.根据权利要求1所述的超宽带混合螺旋天线，其特征在于：混合螺旋天线单元的内圈采用数圈占空比可变的准等角螺旋天线，外圈采用数圈占空比可变的准阿基米德螺旋天线，内圈和外圈平滑连接。


3.根据权利要求2所述的超宽带混合螺旋天线，其特征在于：同一混合螺旋天线单元中，准等角螺旋天线对应的两条线根据如下公式形成：
r＝rmin×exp(αc×θ)
r'＝R(θ)×rmin×exp(αc×θ)
R(θ)＝R_in+(R_out-R_in)×θ/θmax
其中，rmin是最小半径，αc是螺旋指数增长率，θ为旋转过的角度，θmax＝m×2×π，m为圈数，R_in、R_out分别决定了起点和终点的占空比，R(θ)为旋转过θ...

【专利技术属性】
技术研发人员：张照，张鹏飞，许鑫，葛薇，王成浩，朱今祥，
申请(专利权)人：中国电波传播研究所中国电子科技集团公司第二十二研究所，西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37