专利名称：空心介质球面螺旋天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及天线技术领域，特别是一种空心介质球面螺旋天线。
背景技术：
在卫星通信系统中，由于电场的极化特性在电离层中会产生偏转，所以要使用圆极化天线，特别是体积小、质量轻、宽波束的圆极化天线。目前，在这些通信系统中通常采用的是圆柱面螺旋天线和微带天线，但是它们都存在很大的缺点:柱面螺旋天线轴向辐射时，波瓣宽度和带宽都比较窄，并且实现圆极化需要较多的圈数，这会增大天线的体积；微带天线是谐振式天线，其带宽受到很大的限制，仅能在较窄的频带内实现圆极化。球面螺旋天线能够在很宽的频带内具有良好的阻抗特性、方向图特性及圆极化特性。目前在球面螺旋天线的设计中存在的问题主要在于宽频带范围内的平衡馈电结构的设计与实现比较困难，难以保证天线的方向性、阻抗特性、轴比特性的基本稳定。此外，由于馈电结构的原因，导致天线的整体尺寸增大。目前尚未检索到较为通用和有效的解决上述难题的方法。
发明内容
本发明的目的在于针对上述技术的不足，提供了一种新结构的空心介质球面螺旋天线，以增加天线的方向性、阻抗特性、轴比特性的稳定性，减小天线的整体尺寸。为实现上述目的，本发明的技术关键是对天线的结构进行改进，整个天线包括:金属反射板1、金属导线2、馈电巴伦3和内介质层4，其特征在于:内介质层4的外部覆盖有外介质层5 ;内介质层4和外介质层5均采用空心半球形结构；馈电巴伦3位于空心半球内部。作为优选，所述的内介质层4的顶部开有一方形孔7，表面开有等弧度双螺旋槽6，螺旋圈数为2.75 3.25圈。作为优选，所述的金属导线2缠绕成等弧度螺旋线，固定在双螺旋槽6内。作为优选，所述的馈电巴伦3采用指数渐变微带巴伦，由上条带8、介质基片10和地板9构成；上条带8和地板9的上端从内介质层顶部的方形孔7中穿过与两根金属导线2连接，上条带8的下端与同轴接头的内导体连接，地板9的下端与同轴接头的外导体连接。作为优选,所述的金属反射板I采用方形或圆形的金属板，板厚为4mm 6_，它与外介质层5固定为一体。作为优选，所述的空心半球的内介质层4的内半径为0.31 λ 0.33 λ，夕卜半径为0.35 λ 0.37 λ，λ 为波长。作为优选，所述的外介质层5的内半径为0.35 λ 0.37 λ，外半径为0.53 λ 0.55 λ , λ为波长。本发明由于采用的内介质层的外部覆盖有外介质层，增加了天线机械结构的稳定性；同时由于本发明采用的内介质层和外介质层均为空心半球形结构，馈电巴伦位于空心半球内部，减小了天线的纵向尺寸；此外由于本发明采用的馈电巴伦为指数渐变型微带巴伦，实现了平衡馈电和阻抗变换的功能。本发明具有结构新颖，纵向尺寸小，在2GHz 6GHz内驻波比基本小于2，圆极化特性好，方向图一致性好，方向性、阻抗特性、轴比特性稳定。
图1是本发明的结构示意图；图2是本发明的俯视图；图3是本发明的馈电巴伦图；图4是本发明的驻波比图；图5是本发明的轴比图；图6是本发明的方向图。
具体实施例方式参照图1 图3，本发明给出如下三种实施例。实施例1本发明的空心介质球面螺旋天线，如图1所示，包括金属反射板1、金属导线2、馈电巴伦3、内介质层4和外介质层5。其中内介质层4和外介质层5均采用空心半球形结构，该内介质层4的内半径为0.32 λ ,外半径为0.36 λ，该外介质层5的内半径为0.36 λ ,外半径为0.54 λ ;外介质层5与金属反射板I固定在一起。如图2所不，内介质层4上开有等弧度双螺旋槽6，螺旋圈数为3圈，该双螺旋线槽6内均设有金属导线2，该金属导线采用两根漆包铜线，半径为0.01 λ，固定在双螺旋槽6内，缠绕成等弧度螺旋线，螺旋圈数与螺旋槽相同；空心半球形内介质层4的顶部开有方形孔7。馈电巴伦3采用指数渐变微带巴伦，如图3所示，其由上条带8、介质基片10和地板9构成；该馈电巴伦从内介质层4顶部的方形孔7中穿过，其上条带8和地板9的顶端分别与两根金属导线2连接，另一端接50欧同轴接头。金属反射板I为圆形，采用6mm厚的招板,半径为50mm,中心开孔，以便同轴接头的安装，产生单向辐射，增大天线的增益。实施例2本发明的空心介质球面螺旋天线，如图1所示，包括金属反射板1、金属导线2、馈电巴伦3、内介质层4和外介质层5。其中内介质层4和外介质层5均采用空心半球形结构，该内介质层4的内半径为0.33 λ，外半径为0.37 λ，该外介质层5的内半径为0.37 λ，外半径为0.55 λ ;外介质层5与金属反射板I固定在一起。如图2所不，内介质层4上开有等弧度双螺旋槽6，螺旋圈数为3.25圈，该双螺旋线槽6内设有金属导线2，该金属导线采用两根漆包铜线，半径为0.01 λ，固定在双螺旋槽6内，缠绕成等弧度螺旋线，螺旋圈数与螺旋槽相同；空心半球形内介质层4的顶部开有一方形孔7。馈电巴伦3采用指数渐变微带巴伦，如图3所示，其由上条带8、介质基片10和地板9构成；该馈电巴伦从内介质层顶部的方形小孔7中穿过，其上条带8和地板9的顶端分别与两根金属导线2连接，另一端接50欧同轴接头。金属反射板I为方形，采用5mm厚的铝板，边长为100mm，中心开孔，以便同轴接头的安装，以产生单向辐射，增大天线的增益。
实施例3本发明的空心介质球面螺旋天线，如图1所示，包括金属反射板1、金属导线2、馈电巴伦3、内介质层4和外介质层5。其中内介质层4和外介质层5均采用空心半球形结构，该内介质层4的内半径为0.31 λ ,外半径为0.35 λ ,该外介质层5的内半径为0.35 λ，夕卜半径为0.53 λ ;外介质层5与金属反射板I固定在一起。如图2所不，内介质层4上开有等弧度双螺旋槽6，螺旋圈数为2.75圈，该双螺旋线槽6内设有金属导线2，该金属导线采用两根漆包铜线，半径为0.01 λ，固定在双螺旋槽6内，缠绕成等弧度螺旋线，螺旋圈数与螺旋槽相同；空心半球形内介质层4的顶部开有一方形孔7。馈电巴伦3的结构与实施例1相同；该馈电巴伦从内介质层顶部的方形孔7中穿过，其上条带8和地板9的顶端分别与两根金属导线2连接，另一端接50欧同轴接头。金属反射板I为圆形，采用4mm厚的铜板，半径为48_，中心开孔，以便同轴接头的安装，产生单向辐射，增大天线的增益。本发明的效果可通过以下仿真进一步说明:仿真内容:在电磁仿真软件HFSS里对本发明的空心介质球面螺旋天线进行仿真，结果如图4、图5、图6，其中图6 (a)、图6 (b)、图6 (c)分别为2GHz、4GHz、6GHz时的辐射方向图。从图4的驻波比特性曲线可见，本发明天线在2GHz 6GHz的频段内，驻波比基本小于2，阻抗特性好。从图5的轴比特性曲线可见，本发明天线在2.6GHz 6GHz的频段内，轴比基本小于3dB，圆极化特性好。从图6的辐射方向图可见，本发明天线在2GHz、4GHz、6GHz的频率上，方向图一致性好。
权利要求
1.一种空心介质球面螺旋天线，包括金属反射板(I)、金属导线(2)、馈电巴伦(3)和内介质层(4)，其特征在于:内介质层(4)的外部覆盖有外介质层(5);内介质层(4)和外介质层(5)均采用空心半球形结构；馈电巴伦(3)位于空心半球内部。
2.根据权利要求1所述的空心介质球面螺旋天线，其特征在于:内介质层(4)的顶部开有一方形孔(7)，表面开有等弧度双螺旋槽(6)，螺旋圈数为2.75 3.25圈。
3.根据权利要求1所述的空心介质球面螺旋天线，其特征在于:金属导线(2)缠绕成等弧度螺旋线，固定在双螺旋槽(6 )内。
4.根据权利要求1所述的空心介质球面螺旋天线，其特征在于:馈电巴伦(3)采用指数渐变微带巴伦，由上条带(8 )、介质基片(10 )和地板(9 )构成；上条带(8 )和地板(9 )的上端从内介质层顶部的方形孔(7)中穿过与两根金属导线(2)连接，上条带(8)的下端与同轴接头的内导体连接，地板(9)的下端与同轴接头的外导体连接。
5.根据权利要求1所述的空心介质球面螺旋天线，其特征在于:金属反射板(I)采用方形或圆形的金属板，板厚为4_ 6_，它与外介质层(5)固定为一体。
6.根据权利要求1所述的空心介质球面螺旋天线，其特征在于:空心半球的内介质层(4)的内半径为0.31 λ 0.33 λ，外半径为0.35 λ 0.37 λ，λ为中心频率处的波长。
7.根据权利要求1所述的空心介质球面螺旋天线，其特征在于:外介质层(5)的内半径为0.35 λ 0.37 λ，外半径为0.53 λ 0.55 λ，λ为中心频率处的波长。
全文摘要
本发明公开了一种空心介质球面螺旋天线，主要解决现有技术难以保证天线的方向性、阻抗特性、轴比特性的稳定和天线整体尺寸小的问题。该天线包括金属反射板1、金属导线2、馈电巴伦3和内介质层4，其中内介质层4的外部覆盖有外介质层5；内介质层4和外介质层5均采用空心半球形结构；馈电巴伦3位于空心半球内部；金属导线2缠绕成等弧度螺旋线，固定在双螺旋槽6内；金属反射板1与外介质层5固定为一体。本发明具有结构简单，纵向尺寸小，在超宽带频段范围内，驻波比基本小于2，圆极化特性好，方向图一致性好，方向性、阻抗特性、轴比特性稳定的优点，可用于移动通信系统中。
文档编号H01Q19/10GK103187618SQ20131009230
公开日2013年7月3日 申请日期2013年3月21日 优先权日2013年3月21日
发明者雷振亚, 谢拥军, 杨锐, 王永强, 李磊, 侯建强, 王荣兵, 朱龙 申请人:西安电子科技大学