一种圆锥形四臂正弦天线及该天线的极化控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及宽带全极化的定向天线，具体涉及一种圆锥形四臂正弦天线。
【背景技术】
[0002] 天线作为发射和接受电磁波的重要部件，是无线电设备与系统中的重要组成部 分，许多现代无线系统如通信与雷达系统等都要求天线能在较宽频带范围内有效工作。天 线的主要电参数如阻抗、增益、方向图、轴比等，均有其各自带宽的限制，天线的带宽应W其 中最窄的带宽定义，即在此带宽内天线的主要性能指标均能达到规定要求。
[0003] 天线的缩比原理指出，若天线的模型尺寸与工作频率（或波长）按相同的比例变 化，则天线的性能保持不变。1957年Rumsey依据缩比原理提出了工作频带在理论上没有限 制的非频变天线W (或称为频率无关天线）。在实际的天线工程中，考虑到"截尾"效应，物 理上可实现的非频变天线是指在很宽的频带范围内所有电特性随频率的变化都很微小的 天线。
[0004] 传统的非频变天线主要包括螺旋天线和对数周期天线两大类。其中对数周期天线 关于一系列确定的离散频率点具有自相似特性，故只在该些离散的频率点上具有非频变特 性，而在该些离散的频率点之间天线的特性会有一定的变化；螺旋天线的形状仅由角度确 定，可在连续变化的频率上得到非频变特性，如阿基米德螺旋天线，平面等角螺旋天线和圆 锥螺旋天线等，但螺旋天线的物理结构决定了此类天线的极化方式是单一的。
[0005] 上世纪80年代DuHamel提出了一种新颖的非频变天线，即正弦天线（Sinuous Antenna) 正线天线继承了传统的螺旋天线的超宽频带、单孔径等优点，还具有独特的全 极化特性，可W根据需求而实现双线极化或双圆极化。正弦天线的该些优良特性使得它在 遥测技术、宇航通信、电子对抗和无线电测向等很多领域获得了广泛的应用。
[0006] 传统的正弦天线为平面结构，具有双向福射的方向图，为实现单向福射，通常需要 在福射体后放置填充有吸波材料的金属背腔?，但是该种方法会损耗一部分福射能量从而 降低天线增益。圆锥形的正弦天线可W克服该一缺陷，通过增大天线的前后福射比来实现 单向福射，在一些现代宽带通信、雷达及射电天文系统中获得了应用，如在反射面天线中用 做馈源天线或在被动雷达系统中用做雷达导引头天线等。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是要提供一种圆锥形四臂正弦天线，其包括，
[0008] 第一介质基板、第二介质基板与第H介质基板，其中第一介质基板为中空的圆锥 台，第二介质基板为圆形，第二介质基板组设于所述第一介质基板顶端，并且所述第一介质 基板和第二介质基板共同形成一无底面的圆锥台，同时，所述第H介质基板收容于所述无 底面的圆锥台中，并且所述第二介质基板上设有连接槽，所述第H介质基板的顶端插入连 接槽中；
[0009] 所述第一介质基板外表面设有第一组正弦形金属臂，所述第一介质基板内表面设 有第二组正弦形金属臂；
[0010] 所述第二介质基板上表面设有第一组金属连接带，所述第二介质基板下表面第二 组金属连接带；
[0011] 所述第H介质基板上设有第一组微带指数渐变己伦及第二组微带指数渐变己伦， 且所述第一组微带指数渐变己伦及第二组微带指数渐变己伦分别与相应的信号源相连；同 时，
[0012] 所述第一组正弦形金属臂与所述第一组微带指数渐变己伦通过所述第一组金属 连接带电性连接并形成第一组福射单元，所述第二组正弦形金属臂与所述第二组微带指数 渐变己伦通过所述第二组金属连接带电性连接并形成第二组福射单元。
[0013] 在上述技术方案的基础上，所述第一组正弦形金属臂和第二组正弦形金属臂均由 在第一介质基板上的对数正弦曲线W第一介质基板的中轴线为中也分别旋转角度± 5所 得两条曲线包围而成；所述第一组正弦形金属臂和第二组正弦形金属臂均包括W第一介质 基板的中轴线为对称轴对称的两正弦形金属臂。
[0014] 在上述技术方案的基础上，所述第H介质基板正面上设有第一己伦金属带和第H 己伦金属带，反面上设有第二己伦金属带和第四己伦金属带，且每一条金属带均由两段宽 度W指数形式渐变的直线渐变段和两段宽度固定的圆弧过渡段构成；所述第一己伦金属带 和第二己伦金属带构成第一组微带指数渐变己伦，所述第H己伦金属带和第四己伦金属带 构成第二组微带指数渐变己伦，且所述第一组微带指数渐变己伦与第二组微带指数渐变己 伦均通过SMA连接器与信号源相连。
[0015] 在上述技术方案的基础上，所述第一组金属连接带包括两第一金属连接带，所述 第一金属连接带包括金属连接段与扇形部分，所述第一金属连接带的金属连接段与所述第 H介质基板上的第一组微带指数渐变己伦相连，所述第一金属连接带的扇形部分与所述第 一组正弦形金属臂相应的正弦形金属臂相连。
[0016] 在上述技术方案的基础上，所述第二组金属连接带包括两第二金属连接带，所述 第二金属连接带包括金属连接段与扇形部分，所述第二金属连接带上的金属连接段与所述 第H介质基板上的第二组微带指数渐变己伦相连，所述第二金属连接带的扇形部分与所述 第二组正弦形金属臂相应的正弦形金属臂相连，且所述第二介质基板上设有两金属化过 孔，所述第二金属连接带上的金属连接段通过所述金属化过孔，并在所述第二介质基板的 上表面印刷有两弧形段，所述弧形段通过所述金属化过孔与所述第二金属连接带的金属连 接段相连。
[0017] 在上述技术方案的基础上，所述第一组微带指数渐变己伦及第二组微带指数渐变 己伦相连的信号源分别接入非平衡信号，调整接入信号的幅度和相位W调整极化方式。
[0018] 在上述技术方案的基础上，第一组微带指数渐变己伦接入的非平衡信号的幅度为 零时福射X方向线极化波；
[0019] 第二组微带指数渐变己伦接入的非平衡信号的幅度为零时福射y方向线极化波；
[0020] 第一组微带指数渐变己伦和第二组微带指数渐变己伦接入的非平衡信号的幅度 相等，且第一组微带指数渐变己伦接入的非平衡信号的相位超前于第二组微带指数渐变己 伦接入的非平衡信号的相位90°时，福射左旋圆极化波；
[0021] 第一组微带指数渐变己伦和第二组微带指数渐变己伦接入的非平衡信号的幅度 相等，且第一组微带指数渐变己伦接入的非平衡信号的相位滞后于第二组微带指数渐变己 伦接入的非平衡信号的相位90°时，福射右旋圆极化波；
[0022] 第一组微带指数渐变己伦接入的非平衡信号的相位与第二组微带指数渐变己伦 接入的非平衡信号的相位相同或相差180°时，同时福射X方向线极化波和y方向线极化 波。
[0023] 在上述技术方案的基础上，同时，所述极化控制方法在两组微带指数渐变己伦接 入工作频带与所述圆锥形四臂正弦天线工作频率一致的正交定向禪合器，并在该正交定向 禪合器的两个输入端激励两路等幅同相的信号时，所述圆锥形四臂正弦天线同时福射左旋 和右旋圆极化波。
[0024] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[00巧]本发明所涉及的圆锥形四臂正弦天线与现有的圆锥螺旋天线相比，具有极化灵活 可控的优点，能够同时福射垂直和水平两种线极化波或左旋和右旋两种圆极化波；与现有 的平面四臂正弦天线相比，具有更高的增益，且具有流线型的外形轮廓。
[0026] 本发明所涉及的圆锥形四臂正弦天线所采用的圆形馈电连接片设计简化了天线 的馈电结构，并有助于改善天线在宽频带内的极化特性。
【附图说明】
[0027] 图1是本发明的圆锥形四臂正弦天线的介质基板结构图；
[0028] 图2a是本发明的圆锥形四臂正弦天线的正弦形金属臂H维视图；
[0029] 图化是本发明的圆锥形四臂正弦天线的正弦形金属臂俯视图；
[0030] 图2c是本发明的圆锥形四臂正弦天线的正弦形金属臂底视图；
[0031] 图3a是本发明的圆锥形四臂正弦天线的对数正弦曲线及对数正弦臂俯视图；
[0032] 图3b是本发明的圆锥形四臂正弦天线的对数正弦曲线及对数正弦臂前视图；
[0033] 图4a是本发明的圆锥形四臂正弦天线的馈电连接片H维视图；
[0034] 图4b是本发明的圆锥形四臂正弦天线的馈电连接片正面视图；
[00巧]图4c是本发明的圆锥形四臂正弦天线的馈电连接片结构图反面视图；
[0036] 图5a是本发明的圆锥形四臂正弦天线的微带指数渐变己伦正面视图；
[0037] 图化是本发明的圆锥形四臂正弦天线的微带指数渐变己伦反面视图；
[003引图6a是本发明的圆锥形四臂正弦天线在X方向线极化下的馈电示意图；
[0039] 图化是本发明的圆锥形四臂正弦天线在y方向线极化下的馈电示意图；
[0040] 图6c是本发明的圆锥形四臂正弦天线在左旋圆极化下的馈电示意图；
[0041] 图6d是本发明的圆锥形四臂正弦天线在右旋圆极化下的馈电示意图；
[0042] 图6e是本发明的圆锥形四臂正弦天线在双线极化下的馈电示意图；
[0043] 图6f是本发明的圆锥形四臂正弦天线在双圆极化下的馈电示意图；
[0044] 图7是本发明的圆锥形四臂正弦天线X极化激励时的驻波曲线；
[0045] 图8是本发明的圆锥形四臂正弦天线X极化激励时锥顶方向的实际增益曲线；
[0046] 图9a是本发明的圆锥形四臂正弦天线在IGHz时X极化激励时的H维福射方向 图；
[0047] 图9b是本发明的圆锥形四臂正弦天线在1. 5GHz时X极化激励时的H维福射方向 图；
[0048] 图9c是本发明的圆锥形四臂正弦天线在2GHz时X极化激励时的H维福射方向 图；
[0049] 图9d是本发明的圆锥形四臂正弦天线在3. 5GHz时X极化激励时的H维福射方向 图；
[0050] 图9e是本发明的圆锥形四臂正弦天线在3GHz时X极化激励时的H维福射方向 图。
[0051] 图10是本发明的圆锥形四臂正弦天线y极化激励时的驻波曲线；
[0052] 图11是本发明的圆锥形四臂正弦天线y极化激励时锥顶方向的实际增益曲线； [005引图12a是本发明的圆锥形四臂正弦天线IG