预设值可W取t = 4 31，可W通过调整螺旋起始升角a。、螺旋终止升角a 1或螺旋管环绕过 程中弧度变化值t来改变具有上述参数方程的螺旋天线的圆极化福射特性，进而改变本发 明截断后的天线的圆极化福射特性；下面针对海事卫星通信应用为例进行说明：天线的工 作频段为1525~1660. 5MHz、中屯、频率为1600MHz，选取截断前的天线的螺旋圈数N为4， 螺旋起始升角a。为14°、W及螺旋终止升角a 1为7°，图6示出了截断前的螺旋天线结 构示意图，为了降低剖面，且不破坏螺旋线上的电流分布，在截断前的螺旋天线的纵向方向 上，选取螺旋管环绕过程中弧度变化值t等于2 X 2处进行截断，即将截断前的螺旋天线 4圈中的下部分2圈作为本发明所述螺旋天线（截断后的螺旋天线），图1示出了本发明螺 旋天线的结构示意图（即截断后的螺旋天线的结构示意图），再利用馈电匹配体3对螺旋天 线的输入阻抗进行匹配，可W通过调整所述馈电匹配体3的尺寸、W及所述馈电匹配体3底 端与接地板4上表面之间的距离来实现天线阻抗匹配，在天线的中屯、频率1600MHz处，设定 所述馈电匹配体3的长度Lp为24. 2mm、宽度W P为28mm、所述馈电匹配体3底端与接地板4 上表面之间的距离h为9mm，得到了较为理想的阻抗曲线，进而优化了天线输入阻抗匹配。 [00%] 本发明所述左旋螺旋槽14和右旋螺旋槽15的宽度与螺旋管21的外径相适配；所 述螺旋管21的起始端贴附在所述馈电匹配体3上，所述螺旋管21的末端固定在所述上固 定板6上，且所述螺旋福射体2随所述介质支撑体1 一起旋转，使得螺旋福射体2能够完成 360度的旋转；所述中轴13可转动地连接在所述上固定板6上，具体地，中轴13可W通过轴 承与上固定板6连接，同样地，中轴13也可W通过轴承与基座9相连接，即上固定板6和基 座9并不随中轴13 -起转动；另外，中轴13可W与从动轮11、介质支撑体1、化及接地板4 之间通过键连接，W实现从动轮11带动中轴13转动，中轴13带动介质支撑体1和接地板 4转动。
[0027] 图4-a示出了本发明螺旋天线左旋转动后的轴比随工作频率的变化曲线图，图 4-b示出了本发明螺旋天线右旋转动后的轴比随工作频率的变化曲线图，如图4-曰、图4-b 所示，本发明所述螺旋天线可W得到轴比小于3地、带宽分别为33. 5% and 30. 6%、同时在 该频带内对应的天线增益近似达到8地；图5-a是本发明螺旋天线左旋转动后的反射系数 随工作频率的变化曲线图，图5-b是本发明螺旋天线右旋转动后的反射系数随工作频率的 变化曲线图，如图5-曰、图5-b所示，本发明所述螺旋天线在整个海事卫星通信工作频带内 反射系数小于-15地，输入阻抗取得较好的匹配；图6-曰、图6-b、图6-C、图6-d是本发明螺 旋天线在中屯、频率1600MHz时的方向性图，如图6-曰、图6-b、图6-C、图6-d所示，左旋圆极 化在XOZ平面为44。，在YOZ平面为56. 4。；右旋圆极化在XOZ平面为44。，在YOZ平面 为56.2° ;实际应用时截断前的螺旋天线的螺旋圈数N并不局限于4,截断后的本发明所 述螺旋天线的螺旋圈数也不局限于2,截断位置可根据实际的螺旋天线高度要求和对圆极 化福射特性的影响进行调整，通过运种截断方式，有效降低了螺旋天线高度和体积，同时不 破坏螺旋线上的电流分布，保持了良好的圆极化福射特性；图4-日、图4-b、图5-日、图5-b、图 6-曰、图6-b、图6-C和图6-d中的仿真数据为利用仿真软件对本发明所述螺旋天线进行仿真 设计后得到的数据，图4-日、图4-b、图5-日、图5-b、图6-日、图6-b、图6-C和图6-d中的测试 数据为将本发明所述螺旋天线制作成实体产品后得到的数据。
[0028] 本发明提供的基于旋转机构的液态金属螺旋天线，本发明所述螺旋福射体包括变 升角螺旋管和容置于所述螺旋管内的液态金属，液态金属的流动性、延展性属性和螺旋管 的弹性属性，使得所述螺旋天线更具备可重构性和运输便捷性，结合所增加的旋转机构，使 得螺旋天线具备了极化可重构的特点，同时本发明的带宽要宽于相同结构和尺寸的固态金 属天线的带宽，不仅具有传统螺旋天线高增益宽频带的优势，还具有抑制旁瓣的特点，既能 实现较为理想的圆极化性能，又能满足对小体积天线的需求；另外，利用本发明所述馈电匹 配体来调谐天线的输入阻抗，调谐方式简单可靠，且能够获得良好的阻抗匹配；本发明适合 用于要求小型化、高增益、带宽宽的天线场合，同时具备易携带、易保密、反侦察的特性，可 W用作军事侦察系统等领域。现有技术中的可重构天线，多构造单极子及微带天线，尚未构 造极化可重构螺旋天线，不同的极化方式需要多个天线，不仅资源浪费，更存在增加电磁禪 合干扰，同时制作成本也在提高。
[0029] W上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明掲露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其 发明构思加W等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于旋转机构的液态金属螺旋天线，包括：介质支撑体、螺旋辐射体、馈电匹配 体、接地板和射频同轴接头；所述介质支撑体为设置在所述接地板上的圆锥台结构；所述 馈电匹配体贴附在所述介质支撑体外壁下部；所述射频同轴接头包括同轴设置的外导体和 内导体；所述外导体连接所述接地板；所述内导体连接所述馈电匹配体；所述螺旋辐射体 包括变升角螺旋管和容置于所述螺旋管内的液态金属；所述螺旋管的起始端贴附在所述馈 电匹配体上，并自下而上螺旋环绕于所述介质支撑体外壁上；其特征在于所述液态金属螺 旋天线还包括：用于带动所述介质支撑体和接地板旋转的旋转机构、置于所述介质支撑体 上方的上固定板；所述螺旋管的末端固定在所述上固定板上；所述螺旋辐射体和所述馈电 匹配体随所述介质支撑体一起旋转。2. 根据权利要求1所述的基于旋转机构的液态金属螺旋天线，其特征在于所述液态金 属螺旋天线还包括下固定板；所述旋转机构包括放置在所述下固定板上的电机和基座、与 所述电机的转轴相连接的主动轮、通过传动皮带与所述主动轮相连接的从动轮、以及由所 述从动轮带动的中轴；所述中轴一端转动地连接在所述基座上，并依次穿过所述从动轮、接 地板和介质支撑体；所述电机带动所述主动轮转动，所述主动轮通过传动皮带带动所述从 动轮转动，所述中轴随所述从动轮一起转动；在所述中轴的带动下，所述介质支撑体和接地 板旋转。3. 根据权利要求1所述的基于旋转机构的液态金属螺旋天线，其特征在于所述介质支 撑体外壁上对称设置有左旋螺旋槽和右旋螺旋槽；在所述旋转机构的带动下，所述螺旋辐 射体能够左旋或右旋转动，并最后布设于左旋螺旋槽中或右旋螺旋槽中。4. 根据权利要求1所述的基于旋转机构的液态金属螺旋天线，其特征在于所述螺旋 天线由具备同种结构、且参数方程为在纵向方向上的某一位置截断得到，该位置为螺旋管环绕过程中弧度变化值t等于预设 值处；参数方程中R为螺旋天线的顶面半径、V为螺旋天线的底面半径、N为螺旋圈数、 α。为螺旋起始升角、a1为螺旋终止升角、t为螺旋管环绕过程中弧度变化值，变化范围为 O<t< 2πN05. 根据权利要求1所述的基于旋转机构的液态金属螺旋天线，其特征在于所述螺旋管 由聚^甲基硅氧烷材料制成。6. 根据权利要求1所述的基于旋转机构的液态金属螺旋天线，其特征在于所述液态金 属为镓铟合金。7. 根据权利要求2所述的基于旋转机构的液态金属螺旋天线，其特征在于所述上固定 板、主动轮、从动轮和基座由聚苯乙烯材料制成。8. 根据权利要求1所述的基于旋转机构的液态金属螺旋天线，其特征在于所述馈电匹 配体为矩形结构；通过调整所述馈电匹配体的尺寸、以及所述馈电匹配体底端与所述接地 板上表面之间的距离实现天线阻抗匹配。9.根据权利要求1所述的基于旋转机构的液态金属螺旋天线，其特征在于使用天线 时，将液态金属注射入所述螺旋管内，并在所述螺旋管的起始端和末端均预留出未注射有 液态金属的一定空间，然后采用发泡聚乙烯将所述一定空间填充；在不使用天线时，将螺旋 管内的液态金属抽取出来。
【专利摘要】本发明公开了一种基于旋转机构的液态金属螺旋天线，包括：介质支撑体、螺旋辐射体、馈电匹配体、接地板和射频同轴接头；所述液态金属螺旋天线还包括：用于带动所述介质支撑体和接地板旋转的旋转机构、置于所述介质支撑体上方的上固定板；所述螺旋管的末端固定在所述上固定板上；所述螺旋辐射体和所述馈电匹配体随所述介质支撑体一起旋转；本发明可应用于海事卫星通信，具有极化可重构、重量轻、带宽宽、低剖面等优点。
【IPC分类】H01Q1/36, H01Q1/48
【公开号】CN105390803
【申请号】CN201510900288
【发明人】房少军, 周芸
【申请人】大连海事大学
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年12月8日