一种臂宽周期性变化的圆锥模单臂螺旋天线的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于通信技术领域，具体涉及一种臂宽周期性变化的圆锥模单臂螺旋天线。
【背景技术】
[0002]螺旋天线不仅可以实现宽波束圆极化，还具有体积小、重量轻以及结构稳定等优点，因而在卫星通信领域得到了广泛的应用。
[0003]为了实现地球同步卫星与地面固定站之间的通信，需要使用具有固定倾斜波束角度的圆极化天线，这种形式的天线可以通过采用将工作在轴向模式的螺旋天线进行倾斜方向架设或者使螺旋天线工作在圆锥模式的方法来实现。
[0004]但是目前将工作在轴向模式的螺旋天线倾斜方向架设，存在卫星平台上占用空间较大以及天线架设角度精确度要求高等问题；而工作在圆锥模式的螺旋天线在低俯仰角是全方位辐射且增益较低，这样使得卫星通信质量降低。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种臂宽周期性变化的圆锥模单臂螺旋天线，使螺旋天线仅在宽臂一侧的俯仰角范围内辐射倾斜波束，提高天线在低俯仰角的增益，保证天线在低俯仰角具有较好的圆极化性能，从而有效地改善卫星通信质量。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为:包括固定在圆形金属地板中心上的圆柱形基体，并且圆柱形基体的表面上附着有螺旋形金属辐射臂；所述的螺旋形金属辐射臂宽度由首端开始至末端结束周期性变化；螺旋形金属辐射臂首端与圆形金属地板分别外接同轴线的内外导体进行馈电。
[0007]所述的螺旋形金属辐射臂宽度的变化周期为一圈。
[0008]所述的螺旋形金属辐射臂每一圈均包括窄臂和宽臂两部分，且所有窄臂和宽臂分别分布于圆柱形基体的相同两侧。
[0009]所述的螺旋形金属辐射臂首端为窄臂或者宽臂的最前端。
[0010]所述的同轴线通过设置在端部的连接器传输信号。
[0011]所述的螺旋形金属辐射臂首端与圆形金属地板之间设置有间隙。
[0012]所述的圆形金属地板与螺旋形金属辐射臂的制备材料为铜，圆柱形基体的制备材料为聚四氟乙烯。
[0013]所述的圆柱形基体截面圆的周长大于4A/3，所述的Aci为单臂螺旋天线中心工作频率对应的自由空间传输波长。
[0014]所述的圆柱形基体截面圆的周长为2.3 Aci，所述的Aci为单臂螺旋天线中心工作频率对应的自由空间传输波长。
[0015]与现有技术相比，本发明通过将螺旋形金属辐射臂的宽度由其首端开始至末端结束周期性变化，改变了螺旋形金属辐射臂上的电流分布，进而改变了圆锥模单臂螺旋天线的辐射性能。本发明在工作时，信号通过同轴线传输至天线，由于螺旋形金属辐射臂宽度周期性变化，因此能够产生具有固定角度的倾斜波束，并且这样提高了天线在低俯仰角的增益，保证天线在低俯仰角具有较好的圆极化性能，有效地改善了卫星通信质量。
[0016]进一步的，本发明螺旋形金属辐射臂每一圈均包括窄臂和宽臂两部分，且所有窄臂和宽臂分别分布于圆柱形基体的相同两侧，因为宽臂一侧具有较大的电流分布，从而使得本发明仅在宽臂一侧的俯仰角范围内辐射倾斜波束，在窄臂一侧的俯仰角范围内基本没有辐射，提高了天线在低俯仰角的增益，保证天线在低俯仰角具有较好的圆极化性能，有效地改善了卫星通信质量。
[0017]进一步的，本发明圆形金属地板与螺旋形金属辐射臂制备材料为铜，圆柱形基体制备材料为聚四氟乙烯，螺旋形金属辐射臂能够直接印制在圆柱形基体的外表面，加工方便。
[0018]进一步的，本发明圆柱形基体截面圆的周长大于4X^3，圆锥模单臂螺旋天线在此基础上才能够辐射圆锥波束。圆柱形基体截面圆的周长优选为2.3 Aci，辐射效果最优。
【附图说明】
[0019]图1本发明整体结构示意图；
[0020]图2本发明螺旋形金属辐射臂的结构示意图:
[0021]图2(a)为首端为窄臂最前端的螺旋形金属辐射臂结构示意图；
[0022]图2(b)为首端为宽臂最前端的螺旋形金属辐射臂结构示意图；
[0023]图3臂宽不变的圆锥模单臂螺旋天线辐射方向测试图；
[0024]图4本发明辐射方向测试图；
[0025]附图中:1-圆柱形基体；2_圆形金属地板；3_螺旋形金属福射臂；4_窄臂；5-宽臂；6_螺旋形金属辐射臂首端。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
[0027]参见图1，本发明天线的整体结构包括圆柱形基体1、圆形金属地板2以及附着于圆柱形基体I表面的螺旋形金属辐射臂3。其中圆柱形基体I的底端通过螺丝固定在圆形金属地板2的中心位置，螺旋形金属辐射臂3直接附着于圆柱形基体I的外表面，依螺旋状路径，沿轴向从圆柱形基体I底端附近往上延伸。螺旋形金属辐射臂3的宽度由其首端开始至末端结束周期性变化，宽度变化周期为一圈，每一圈均包括窄臂4和宽臂5两部分，且所有窄臂4和宽臂5分别分布于圆柱形基体I的相同两侧，每一圈宽臂5的宽度大于窄臂4的宽度，每一圈的宽臂5长度可以大于、等于或者小于宽臂5长度。螺旋形金属辐射臂首端6附着在圆柱形基体I底端附近，离圆形金属地板2有一小段的距离。
[0028]参见图2(a)与图2(b)，本发明天线中螺旋形金属辐射臂3具有两种立体结构，分别为螺旋形金属辐射臂首端6为窄臂4最前端以及螺旋形金属辐射臂首端6为宽臂5最前端。用同轴线对天线进行馈电，同轴线一端为连接器，另一端的内外导体分别和螺旋形金属辐射臂首端6、圆形金属地板2进行焊接。信号通过连接器经同轴线传输至天线，由于螺旋形金属辐射臂3宽度的周期性变化，使宽臂5 —侧有较大的电流分布，从而使得本发明仅在宽臂5 —侧的俯仰角范围内辐射倾斜波束，在窄臂4 一侧的俯仰角范围内基本没有辐射，提高了天线在低俯仰角的增益，保证天线在低俯仰角具有较好的圆极化性能，有效地改善了卫星通信质量。
[0029]本发明在优选实施例中圆形金属地板2的材料为铜，直径为0.9 Atl,圆柱形基体I的材料为聚四氟乙烯，截面圆的周长为2.3 λ ^，螺旋形金属辐射臂3的材料为铜，印制在圆柱形基体I的外表面。螺旋形金属辐射臂3 —共有三圈，相邻两圈间的螺距为0.4 λ ^，每一圈窄臂4的宽度为0.02 λ ^，宽臂5的宽度为0.1 λ ^，且每一圈的窄臂4长度与宽臂5长度相等，螺旋形金属辐射臂首端6为窄臂4最前端，其中，λ ^为单臂螺旋天线中心工作频率对应的自由空间传输波长。
[0030]参见图3，4，纵坐标增益大小表示天线在某一方向上的辐射强弱程度，增益越大则天线在该方向上的辐射强度越大，反之则天线在该方向上的辐射强度越小。对比图3和图4测试结果可以看出，本发明臂宽周期性变化的圆锥模单臂螺旋天线仅在宽臂5 —侧的俯仰角范围内辐射倾斜波束，在窄臂4 一侧的俯仰角范围内基本没有辐射，而臂宽不变的圆锥模单臂螺旋天线在本发明天线的窄臂4 一侧和宽臂5 —侧对应的俯仰角范围内均有辐射。
[0031]以上所述仅为本发明最佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，凡在本发明的精神和原则范围之内，所作的任何改进、等同替换、组合、简化等，均应理解为包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种臂宽周期性变化的圆锥模单臂螺旋天线，其特征在于:包括固定在圆形金属地板(2)中心上的圆柱形基体(I)，并且圆柱形基体(I)的表面上附着有螺旋形金属辐射臂(3);所述的螺旋形金属辐射臂(3)宽度由首端开始至末端结束周期性变化；螺旋形金属辐射臂首端(6)与圆形金属地板(2)分别外接同轴线的内外导体进行馈电。
2.根据权利要求1所述的臂宽周期性变化的圆锥模单臂螺旋天线，其特征在于:所述的螺旋形金属辐射臂(3)宽度的变化周期为一圈。
3.根据权利要求1或2所述的臂宽周期性变化的圆锥模单臂螺旋天线，其特征在于:所述的螺旋形金属辐射臂(3)每一圈均包括窄臂(4)和宽臂(5)两部分，且所有窄臂(4)和宽臂(5)分别分布于圆柱形基体⑴的相同两侧。
4.根据权利要求3所述的臂宽周期性变化的圆锥模单臂螺旋天线，其特征在于:所述的螺旋形金属辐射臂首端(6)为窄臂(4)或者宽臂(5)的最前端。
5.根据权利要求1所述的臂宽周期性变化的圆锥模单臂螺旋天线，其特征在于:所述的同轴线通过设置在端部的连接器传输信号。
6.根据权利要求1所述的臂宽周期性变化的圆锥模单臂螺旋天线，其特征在于:所述的螺旋形金属辐射臂首端(6)与圆形金属地板(2)之间设置有间隙。
7.根据权利要求1所述的臂宽周期性变化的圆锥模单臂螺旋天线，其特征在于:所述的圆形金属地板(2)与螺旋形金属辐射臂(3)的制备材料为铜，圆柱形基体(I)的制备材料为聚四氟乙烯。
8.根据权利要求1或7所述的臂宽周期性变化的圆锥模单臂螺旋天线，其特征在于:所述的圆柱形基体(I)截面圆的周长大于4 λ/3，所述的Aci为单臂螺旋天线中心工作频率对应的自由空间传输波长。
9.根据权利要求8所述的臂宽周期性变化的圆锥模单臂螺旋天线，其特征在于:所述的圆柱形基体(I)截面圆的周长为2.3 Aci，所述的Aci为单臂螺旋天线中心工作频率对应的自由空间传输波长。
【专利摘要】本发明公开了一种臂宽周期性变化的圆锥模单臂螺旋天线，包括固定在圆形金属地板中心上的圆柱形基体，并且圆柱形基体的表面上附着有螺旋形金属辐射臂；所述的螺旋形金属辐射臂宽度由首端开始至末端结束周期性变化；螺旋形金属辐射臂首端与圆形金属地板分别外接同轴线的内外导体进行馈电。本发明通过将螺旋形金属辐射臂的宽度由其首端开始至末端结束周期性变化，改变了螺旋形金属辐射臂上的电流分布，进而改变了圆锥模单臂螺旋天线的辐射性能，能够产生具有固定角度的倾斜波束，并且提高了天线在低俯仰角的增益，保证天线在低俯仰角具有较好的圆极化性能，有效地改善了卫星通信质量。
【IPC分类】H01Q1-48, H01Q7-00, H01Q1-38
【公开号】CN104577319
【申请号】CN201510018966
【发明人】杨晓强, 鄢泽洪, 朱战发, 张天龄
【申请人】西安电子科技大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月14日