专利名称：带有双层球缺介质透镜加载的轴向模螺旋天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及轴向模螺旋天线，具体涉及带有双层球缺介质透镜加载的轴向模螺旋天线。
背景技术：
螺旋天线是由螺旋形的金属线作为辐射体的一种天线，由于螺旋线缠绕的形状不同，可以分为圆柱螺旋、椭圆柱螺旋、圆锥螺旋以及球面螺旋等，其中轴向模是螺旋天线的一种重要的工作模式，该种模式主要产生沿着螺旋轴向的辐射，并且辐射的电磁波是圆极化波，所以广泛应用于卫星通讯中，近来随着移动通信的发展，为了获得大范围的稳定的无线局域网络覆盖，轴向模螺旋天线也被用作基站天线。轴向模式工作的螺旋天线的输入阻抗在较宽频带(理论值接近2: I的频率范围)内近似是一个常数，约为140Ω，所以具有宽带阻抗特性。通常螺旋天线的增益由螺旋圈数确定，在螺距一定的情况下，螺旋线越长天线增益就越高，但是当圈数过大时，增益提高的效果就不明显了，并且天线的制作也将变得十分复杂。为了获得高增益，可以采取三种方式:一、组阵:缺点是会引入复杂的馈电网络，使阵列的应用受到限制；二、采用变升角的轴向模椭圆柱形螺旋作为天线辐射器:和普通螺旋天线在相同轴向长度、圈数条件下相比，增益在一定频率范围内最大可增加IdB左右，但天线的制作十分复杂；三、采用大反射面:采用这种方法的天线具有较高的增益和简单的结构，但是该天线的尺寸非常大。另外，现有馈电端口阻抗一般是50 Ω，如果直接给140 Ω的螺旋天线馈电，则会产生22.5%的能量反射损耗，因此必须要考虑阻抗匹配问题。
发明内容
本发明为解决现有螺旋天线圈数过大时，增益提高的效果不明显，并且天线的制作也将变得十分复杂的问题，进而提出带有双层球缺介质透镜加载的轴向模螺旋天线。本发明为解决上述问题采取的技术方案是:本发明包括双层球缺介质透镜、螺旋线、微带阻抗变换器地板和同轴馈电线，双层球缺介质透镜设置在螺旋线上端的上方，双层球缺介质透镜的下表面为下凸的球面，双层球缺介质透镜下表面的顶点距离螺旋线上端端面的距离为12mm，螺旋线的下端与微带阻抗变换器地板上微带线金属带条的终端连接，微带阻抗变换器地板上微带线金属带条的始端与同轴馈电线的内导体连接，螺旋线的中轴线与微带阻抗变换器地板的上表面垂直，微带阻抗变换器地板3上的微带线金属带条呈问号形设置。本发明的有益效果是:本发明引入了一个双层球缺介质透镜后，在不影响其它性能的情况下，增益由IOdB增加到lldB，获得了显著的提高；本发明采用专门设计的微带阻抗变换器地板后，天线的工作频带为1.82GHz 2.46GHz，相对带宽达到了 30%的较大值；本发明的微带阻抗变换器为双面印刷电路，结构简单，便于大批量生产，制造成本低。
图1是本发明的整体结构示意图，图2是双层球缺介质透镜的剖视图，图3是微带阻抗变换器地板上表面示意图，图4是天线驻波系数的实验结果，图5是天线在2.4GHz的圆极化增益方向图的实验结果。
具体实施例方式具体实施方式
一:结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述带有双层球缺介质透镜加载的轴向模螺旋天线包括双层球缺介质透镜1、螺旋线2、微带阻抗变换器地板3和同轴馈电线4，双层球缺介质透镜I设置在螺旋线2上端的上方，双层球缺介质透镜I的下表面为下凸的球面，双层球缺介质透镜I下表面的顶点距离螺旋线2上端端面的距离hi为12_，螺旋线2的下端与微带阻抗变换器地板3上微带线金属带条的终端连接，微带阻抗变换器地板3上微带线金属带条的始端与同轴馈电线4的内导体连接，螺旋线2的中轴线与微带阻抗变换器地板3的上表面垂直，微带阻抗变换器地板3上的微带线金属带条呈问号形设置。本实施方式中微带线金属带条由十条曲线首尾相接组成，以微带阻抗变换器地板3上表面的几何中心为原点建立直 角坐标系，组成微带线金属带条的十条曲线的坐标参数为:
权利要求
1.带有双层球缺介质透镜加载的轴向模螺旋天线，其特征在于:所述带有双层球缺介质透镜加载的轴向模螺旋天线包括双层球缺介质透镜(I)、螺旋线(2)、微带阻抗变换器地板(3)和同轴馈电线(4)，双层球缺介质透镜(I)设置在螺旋线(2)上端的上方，双层球缺介质透镜(I)的下表面为下凸的球面，双层球缺介质透镜(I)下表面的顶点距离螺旋线(2)上端端面的距离(hi)为12mm，螺旋线(2)的下端与微带阻抗变换器地板(3)上微带线金属带条的终端连接，微带阻抗变换器地板(3)上微带线金属带条的始端与同轴馈电线(4)的内导体连接，螺旋线(2)的中轴线与微带阻抗变换器地板(3)的上表面垂直，微带阻抗变换器地板(3)上的微带线金属带条呈问号形设置。
2.根据权利要求1所述带有双层球缺介质透镜加载的轴向模螺旋天线，其特征在于:双层球缺介质透镜(I)由外层介质球(1-1)和内层介质球(1-2)组成，外层介质球(1-1)套装在内层介质球(1-2)上，且外层介质球(1-1)的球心与内层介质球(1-2)的球心重合。
3.根据权利要求1所述带有双层球缺介质透镜加载的轴向模螺旋天线，其特征在于:双层球缺介质透镜(I)的厚度(h)为17.5mm 18.5mm,外层介质球(1_1)的直径(dl)为217mm 219mm,外层介质球(1_1)的介质相对介电常数ε = 2.25,内层介质球(1-2)的直径(d2)为190mm 192mm,内层介质球(1_2)的介质相对介电常数ε = 4.5。
4.根据权利要求3所述带有双层球缺介质透镜加载的轴向模螺旋天线，其特征在于:双层球缺介质透镜⑴的厚度(h)为18mm，外层介质球(1_1)的直径(dl)为218mm，内层介质球(1_2)的直径(d2)为191.6mm。
5.根据权利要求1所述带有双层球缺介质透镜加载的轴向模螺旋天线，其特征在于:螺旋线⑵的直径⑶为30mm 34臟，螺旋线⑵的螺距⑶为22mm 26mm，螺旋线(2)的圈数为五圈。
6.根据权利要求5所述带有双层球缺介质透镜加载的轴向模螺旋天线，其特征在于:螺旋线⑵的直径⑶为32mm，螺旋线⑵的螺距⑶为24mm。
7.根据权利要求1所述带有双层球缺介质透镜加载的轴向模螺旋天线，其特征在于:微带阻抗变换器地板(3)是聚四氟乙烯玻纤布层压板制作的微带阻抗变换器地板(3)，微带阻抗变换器地板(3)的直径为95_ 105_，微带阻抗变换器地板(3)的厚度为2_，微带阻抗变换器地板(3)的相对介电常数为2.3，微带阻抗变换器地板(3)上微带线金属带条的厚度为0.018mm 0.037mm。
8.根据权利要求7所述带有双层球缺介质透镜加载的轴向模螺旋天线，其特征在于:微带阻抗变换器地板⑶的直径为100mm，微带阻抗变换器地板(3)的厚度为2mm。
9.根据权利要求1所述带有双层球缺介质透镜加载的轴向模螺旋天线，其特征在于:同轴馈电线⑷是直径为2mm 5mm的50 Ω的同轴电缆制作的同轴馈电线。
10.根据权利要求9所述带有双层球缺介质透镜加载的轴向模螺旋天线，其特征在于:同轴馈电线(4)是直径为5mm的50Ω的同轴电缆制作的同轴馈电线。
全文摘要
带有双层球缺介质透镜加载的轴向模螺旋天线，它涉及轴向模螺旋天线，具体涉及带有双层球缺介质透镜加载的轴向模螺旋天线。本发明为了解决现有螺旋天线圈数过大时，增益提高的效果不明显，并且天线的制作也将变得十分复杂的问题。本发明的双层球缺介质透镜设置在螺旋线上端的上方，双层球缺介质透镜的下表面为下凸的球面，双层球缺介质透镜下表面的顶点距离螺旋线上端端面的距离为12mm，螺旋线的下端与微带阻抗变换器地板上微带线金属带条的终端连接，微带阻抗变换器地板上微带线金属带条的始端与同轴馈电线的内导体连接，螺旋线的中轴线与微带阻抗变换器地板的上表面垂直，微带阻抗变换器地板3上的微带线金属带条呈问号形设置。本发明用于无线电领域。
文档编号H01Q1/36GK103117449SQ201310067729
公开日2013年5月22日 申请日期2013年3月4日 优先权日2013年3月4日
发明者林澍, 王立娜, 张春雷, 张馨月, 张兴起, 王力卓 申请人:哈尔滨工业大学