基于多重加载结构的四臂螺旋天线制造技术

本发明专利技术公开一种基于多重加载结构的四臂螺旋天线，包括叠层腔体1、寄生圆环2、“帽子形”寄生结构3、双层馈电网络4、反射地板5、螺旋天线组件6。四臂螺旋天线安装于平台7的正中心。叠层腔体1为四臂螺旋天线的最外层，叠层腔体1内部依次设置螺旋天线组件6、寄生圆环2和“帽子形”寄生结构3。由于本发明专利技术寄生圆环2和“帽子形”金属结构3表面产生的耦合电流将部分辐射能量引向至宽角方向，使天线水平面附近的低仰角增益增大。叠层腔体1扼制了螺旋天线组件在平台7表面激励起耦合电流，因此削弱了平台7对四臂螺旋天线的宽波束辐射方向图的影响。使得本发明专利技术天线可用于星地通信系统中作为地面端天线使用。天线使用。天线使用。

【技术实现步骤摘要】
基于多重加载结构的四臂螺旋天线


[0001]本专利技术属于天线
，更进一步涉及螺旋天线中的一种基于多重加载结构的四臂螺旋天线。本专利技术可用于星地通信系统中作为地面端天线使用。

技术介绍

[0002]天线是星地通信系统中的重要部件，直接影响到整个系统的性能。因此，对于应用于星地通信系统的天线的研究显得十分重要。用于星地通信的地面端天线需要实现与地面端设备和卫星端设备的通信。地面端天线在与地面端设备进行通信时，主要依靠垂直线极化靠近地面的低仰角信号，天顶信号虽然易于接受和发射，但是对于星地通信中与地面端设备通信的作用不大。为了提高与地面设备通信的可靠性，用于星地通信的天线要具有较高的低仰角增益。因此，如何提高星地通信中地面端天线在与地面端设备通信时的低仰角增益是目前急需解决的第一个技术难题。
[0003]与此同时，为提高地面端天线与卫星通信的可靠性，用于星地通信的地面端天线还应该具有良好圆极化性能。由于大多数天线的工作环境是去极化环境，天线的极化方式会发生改变，而圆极化天线具有能够接收任意极化电磁波且其辐射的圆极化波可以被任意极化的天线接收的特点，且圆极化天线能够有效抑制多径效应和电离层中产生的法拉第旋转效应。用于星地通信的地面端天线实现圆极化的结构形式通常为四臂螺旋天线，四臂螺旋天线可以形成“心形”的圆极化宽波束方向图，但是如果安装在大安装平台时，天线的圆极化辐射方向图会产生畸变，如：波束宽度变窄导致低仰角增益减小，方向图顶部产生凹陷等。因此，如何减小大安装平台对地面端天线辐射方向图的影响是目前急需解决的第二个技术难题。
[0004]综上可知，作为应用于星地通信的地面端天线，必须具有较高的与地面设备通信的线极化低仰角增益和与卫星设备通信时能够适应于大安装平台的宽波束圆极化辐射方向图。
[0005]西安矩阵无线科技有限公司在其申请的专利文献“一种星载小型化双频四臂螺旋天线”(专利申请号：201910883603.3，申请公布号：CN 110611162 A)中公开了一种星载小型化双频四臂螺旋天线。该天线使用一分四馈电网络对四个矩形辐射馈电形成圆极化，通过调节四臂螺旋天线矩形辐射臂的螺距、圈数等参数实现了仰角
±
30
°
处圆极化增益大于0dBic，线极化增益大于
‑
3dBi。该天线存在的不足之处是，仅通过调节四臂螺旋天线矩形辐射臂的螺距、圈数等参数，由于天线的剖面高度和横向尺寸的限制，天线的增益存在物理极限，因此这种方式并不能达到星地通信中地面端天线低仰角处的增益需求。据此，该专利技术天线存在没有达到星地通信中地面端天线在低仰角处的增益需求的问题。
[0006]大连海事大学在其申请的专利文献“一种具有宽波束特性的双频四臂螺旋天线”(专利申请号：201910563961.6，申请公布号：CN 110247169 A)中公开了一种具有宽波束特性的双频四臂螺旋天线。该天线使用一分四馈电网络对四个双带条螺旋臂馈电实现圆极化和双频带特性，通过在天线顶部采用弯曲型辐射臂结构，获得了大于115
°
的半功率波束宽
度。该天线存在的不足之处是，该专利技术天线安装在大安装平台上时，由于安装平台为金属材料且尺寸太大，因此该专利技术天线在安装平台的表面会产生很强的耦合电流，原来的辐射场受到大安装平台的影响，原来的宽波束圆极化辐射方向图会产生畸变，存在宽波束圆极化辐射方向图的波束宽度变窄、顶部出现凹陷的问题，导致该专利技术天线的宽波束圆极化辐射方向图受大安装平台影响较大。据此，该专利技术天线的宽波束圆极化辐射方向图存在受大安装平台影响较大的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种基于多重加载结构的四臂螺旋天线，解决现有的四臂螺旋天线作为地面端天线使用时，在低仰角的增益达不到与地面设备通信需求的问题，以及现有的四臂螺旋天线的宽波束圆极化辐射方向图存在受大安装平台影响较大的问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术的思路是，通过在螺旋天线组件周围加载寄生圆环和“帽子形”寄生结构来提高天线在低仰角的增益。寄生圆环和“帽子形”金属结构的垂直部分可以被看作是一个辐射引向器，其表面产生的耦合电流将部分辐射能量引向至宽角方向，从而使天线原宽角方向的辐射能量分布得到增强，水平面附近的低仰角增益增大，解决了现有的四臂螺旋天线作为地面端天线使用时在低仰角的增益达不到与地面设备通信需求的问题。本专利技术通过在螺旋天线组件的下方加载叠层腔体，叠层腔体扼制了螺旋天线组件在大安装平台表面激励起耦合电流，减小了大安装平台表面的辐射能量，削弱了大安装平台对四臂螺旋天线的宽波束圆极化辐射方向图的影响。据此，本专利技术解决了现有的四臂螺旋天线的宽波束圆极化辐射方向图存在受大安装平台影响较大的问题。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术的天线包括双层馈电网络、反射地板、螺旋天线组件和由叠层腔体、寄生圆环和“帽子形”寄生结构组成的多重加载结构；所述四臂螺旋天线安装于平台的正中心；所述叠层腔体为四臂螺旋天线的最外层，叠层腔体的底部从下到上依次焊接金属柱和三层嵌套的腔体；所述寄生圆环设置在螺旋天线组件和“帽子形”寄生结构之间；所述设置在专利技术天线正中心的“帽子形”寄生结构由印刷在圆柱形介质基板上的垂直圆环部分和水平圆环部分构成。
[0010]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：
[0011]第一，由于本专利技术天线加载的寄生圆环和“帽子形”寄生结构，寄生圆环和“帽子形”寄生结构上产生耦合电流，从而将部分辐射能量引向至宽角方向，使得天线原宽角方向的辐射能量分布得到增强，天线水平面附近的低仰角增益增大，由此弥补了现有技术天线的远场方向图在低仰角下增益偏低的不足，解决了现有的四臂螺旋天线作为地面端天线使用时在低仰角的增益达不到与地面设备通信需求的问题，使得本专利技术的天线在水平面附近的低仰角增益增大，可满足在星地通信中地面端天线与地面设备通信时的低仰角增益需求。
[0012]第二，由于本专利技术天线加载的叠层腔体，叠层腔体扼制了螺旋天线组件在大安装平台表面激励起耦合电流，减小了大安装平台表面的辐射能量，削弱了大安装平台对四臂螺旋天线的宽波束辐射方向图的影响，解决了现有的四臂螺旋天线的宽波束辐射方向图存在受大安装平台影响较大的问题，使得本专利技术天线可适用于大安装平台，可满足星地通信
系统中地面端天线安装在大平台时对宽波束辐射方向图的需求。
附图说明
[0013]图1为本专利技术的整体结构示意图；
[0014]图2为本专利技术实施例中叠层腔体结构示意图；
[0015]图3为本专利技术实施例中寄生圆环和“帽子形”寄生结构示意图；
[0016]图4为本专利技术实施例中双层馈电网络和反射地板结构示意图；
[0017]图5为本专利技术实施例中螺旋天线组件结构示意图；
[0018]图6为本专利技术仿真结果在天线未安装于平台7时的远场辐射方向图；其中，图6(a)为本专利技术仿真结果在Ф＝0
°
面的线极化辐射方向图，图6(b)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多重加载结构的四臂螺旋天线，包括双层馈电网络(4)、反射地板(5)、螺旋天线组件(6)；其特征在于，还包括由叠层腔体(1)、寄生圆环(2)和“帽子形”寄生结构(3)组成的多重加载结构；所述四臂螺旋天线安装于平台(7)的正中心；所述叠层腔体(1)为四臂螺旋天线的最外层，叠层腔体(1)的底部从下到上依次焊接金属柱(14)和三层嵌套的腔体(11)、(12)、(13)；所述寄生圆环(2)设置在螺旋天线组件(6)和“帽子形”寄生结构之间；所述设置在发明天线正中心的“帽子形”寄生结构(3)由印刷在圆柱形介质基板(33)上的垂直圆环部分(31)和距双层网络(4)的高度为H5的水平圆环部分(32)构成。2.根据权利要求1基于多重加载结构的四臂螺旋天线，其特征在于，所述叠层腔体(1)、螺旋天线组件(6)、寄生圆环(2)和“帽子形”寄生结构(3)四者的圆心重合；所述叠层腔体(1)内部刻蚀圆柱形台阶，圆柱形台阶设置反射地板(5)和双层馈电网络(4)，反射地板(5)位于双层馈电网络(4)的中间；叠层腔体(1)、寄生圆环(2)、“帽子形”寄生结构(3)、反射地板(5)和平台(7)的材料均为金属，且五者采用同一金属材料。3.根据权利要求1所述的基于多重加载结构的四臂螺旋天线，其特征在于，所述叠层腔体(1)内部依次设置螺旋天线组件(6)、寄生圆环(2)和“帽子形”寄生结构(3)，叠层腔体(1)的高度为45mm～70mm、半径为100mm～120m...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凡，冯云霞，张福顺，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：