一种同轴馈电螺旋圆极化全向天线的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种同轴馈电螺旋圆极化全向天线，其由四个平面螺旋加载臂1、馈电圆盘2、圆形底盘3、同轴接插件4和多个短路柱5组成，四个平面螺旋加载臂1均匀设置于馈电圆盘2的边沿且与馈电圆盘2处于同一平面；馈电圆盘2通过多个短路柱5与圆形底盘3相连接；馈电圆盘2的圆心与圆形底盘3的圆心共法线；馈电圆盘2的直径小于圆形底盘3的直径；同轴接插件4的内导体与馈电圆盘2相连接，外导体与圆形底盘3相连接。本天线阻抗带宽大于55％，小于3dB的轴比带宽大于51％，带宽内不圆度小于1dB；且天线结构简单、紧凑，轴比带宽宽，轮廓低，损耗小。
【专利说明】
一种同轴馈电螺旋圆极化全向天线
技术领域
[0001] 本发明涉及测控通信及微波通信领域中全向天线，该天线设计的技术主要包括： 全向圆极化天线技术、低轮廓全向技术。
【背景技术】
[0002] 目前无线通信技术快速发展，全向天线作为一种特殊的天线形式广泛的应用在微 波通信中，常见形式为垂直极化全向天线。由于圆极化电磁波具有抗多径效应，可接收任意 极化的电磁波，最近些年越来越受到重视，而宽带圆极化全向天线也是研究的重点，其技术 难点在于实现天线的低轮廓和宽频带。
[0003] 全向圆极化天线主要有以下几种天线形式，但各有优缺点：
[0004] 1、四半波阵子形式:该天线结构由四个倾斜45°的半波振子组成的四面体天线，采 用带有巴伦的同轴电缆对每个半波振子进行馈电，并利用合路器对四个半波阵子的功率进 行合成;此天线的特点：天线不圆度小于〇.8dB，圆极化轴比小于3dB的带宽为18%;但此天 线由于采用同轴电缆的焊接馈电方式，为提供焊接、和走线空间天线的尺寸不能过小，所以 适用于C及以下频段，此形式并不适用高频全向圆极化天线。
[0005] 2、周围过孔微带贴片天线，该天线形式具有轮廓低、可集成有源器件、，带宽适中 的特点，其圆极化轴比带宽为6%，该天线较适用于安装在要求共形设计的载体上，占用载 体空间较小;但该天线单元的带宽有限，无法满足宽带系统使用。
[0006] 3、基于涡扇铜片和过孔的全向圆极化天线，该天线采用了 6片涡扇铜片和过孔形 成了全向辐射的电磁结构，其基板为高介电常数板材，天线的工作带宽大于35%;但该天线 的祸扇铜片结构需要机械定位安装，与介质板不能一体加工，相对于采用PCB工艺的天线结 构，加工精度受到一定的限制。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于避免上述【背景技术】中的不足之处而提供一种同轴馈电螺旋圆 极化全向天线，本发明的特点是，轮廓低，轴比带宽宽，加工精度高，结构紧凑。
[0008] 本发明是这样实现的：一种同轴馈电螺旋圆极化全向天线，包括四个平面螺旋加 载臂1、馈电圆盘2、圆形底盘3、同轴接插件4和多个短路柱5,四个平面螺旋加载臂1均匀设 置于馈电圆盘2的边沿且与馈电圆盘2处于同一平面;馈电圆盘2通过多个短路柱5与圆形底 盘3相连接；圆形底盘3设置在馈电圆盘2的下方且馈电圆盘2的圆心与圆形底盘3的圆心共 法线;馈电圆盘2的直径小于圆形底盘3的直径；同轴接插件4的内导体与馈电圆盘2相连接， 外导体与圆形底盘3相连接。
[0009] 进一步地，平面螺旋加载臂1由内指数渐变曲线和外指数渐变曲线围合而成，其服 从以下极坐标方程式：
[0010]内指数渐变曲线仍满足以下的方程:Pl=(D/2)e-丨 [0011 ]外指数渐变曲线仍满足以下的方程：/? = (Z>/ 2 -;
[0012] 式中，φ为旋转角度，Ο = 0.75λ〇，λ〇为中心频率对应的波长，t = 0.75mm，a为第一曲 率系数，为第二曲率系数。
[0013] 进一步地，〇·3〈α〈〇·5。
[0014] 进一步地，馈电圆盘2与四个平面螺旋加载臂1为一体结构。
[0015] 进一步地，馈电圆盘2和圆形底盘3的材质均为铝。
[0016] 进一步地，馈电圆盘2的直径为0.35λ〇，厚度为1mm;圆形底盘3的直径为0.45λ〇，厚 度为1mm;馈电圆盘2和圆形底盘3的间距为0.05λ〇;其中，λ〇为中心频率对应的波长。
[0017] 进一步地，馈电圆盘2和圆形底盘3之间设置有12个短路柱5,12个短路柱5围绕着 圆形底盘3的圆心均匀排列一周，围绕半径为0.42λ〇;其中，λ〇为中心频率对应的波长。
[0018] 本发明与【背景技术】比较有如下优点：
[0019] 1、本发明设置了一种同轴馈电螺旋圆极化全向天线，其由平面螺旋加载臂1、馈电 圆盘2、圆形底盘3、同轴接插件4、短路柱5组成，天线阻抗带宽大于55%，小于3dB的轴比带 宽大于51%，带宽内不圆度小于ldB。
[0020] 2、本发明整个天线结构简单、紧凑，轴比带宽宽，轮廓低，损耗小。
【附图说明】
[0021] 图1是本发明三维结构示意图。
[0022]图2是本发明的俯视不意图。
[0023]图3是本发明的侧视示意图。
【具体实施方式】
[0024] 参照图1、图2、图3,一种同轴馈电螺旋圆极化全向天线，由四个平面螺旋加载臂1、 馈电圆盘2、圆形底盘3、同轴接插件4和多个短路柱5组成。
[0025] 馈电圆盘2与四个平面螺旋加载臂1为一体结构且处于同一平面，位于天线最上 层。四个平面螺旋加载臂1以馈电圆盘2的中心为旋转中心围绕在其四周，四个平面螺旋加 载臂的角度间隔为90°，用于收发天线的辐射信号。每个平面螺旋加载臂均由内指数渐变曲 线和外指数渐变曲线围绕而成，其服从以下极坐标方程式：
[0026]内指数渐变曲线仍满足以下的方程
[0027] 外指数渐变曲线仍满足以下的方程:鳥=(1>/2-
[0028] 式中，Φ为旋转角度，D取0.75人〇(\〇为中心频率对应的波长），t = 0.75mm，a为第一 曲率系数，为第二曲率系数，〇.3〈a〈〇.5。
[0029] 馈电圆盘2的直径通常为0.35λ〇,其厚度为1mm的铝板，与四个平面螺旋加载臂1为 整体结构，借助数控机床加工工艺加工而成。
[0030]圆形底盘3位于天线体的最底层，其直径为0.45λ〇,错板厚度同样为1mm。馈电圆盘 2和圆形底盘3为同心上下放置，其间距为0.05入〇。
[0031]馈电圆盘2和圆形底盘3之间设置有12个短路柱5,其绕着圆形底盘3的圆心排成一 周，角度间隔为30°，围绕半径为0.42λ〇,其作用是在上下导体之间形成辐射缝隙腔，并在远 区形成"苹果"形状的全向辐射方向图。短路柱的作用是实现天线全向辐射和两盘的机械支 撑固定。
[0032]同轴接插件4的内导体与馈电圆盘2连接，外导体与圆形底盘3连接;在天线金属盘 内外表面形成旋转电流，在两圆盘之间激起旋转电磁场。
[0033] 研究发现:按着上述天线结构尺寸配置，天线轴比小于2dB的带宽为51%，小于2的 驻波带宽大于55%，全向方向图的不圆度在ldB以内，其中影响天线电气性能带宽性能在于 加载平面螺旋臂的优化设置。
[0034]本发明工作基本原理如下：当发射信号时，发射机连接同轴接插件发射信号，在馈 电圆盘和圆形底盘中间激励其电磁场，经过平面螺旋加载臂的扰动在其平面上形成旋转的 电流，并从馈电圆盘和圆形底盘之间的缝隙辐射到自由空间，形成全向的圆极化方向图。
【主权项】
1. 一种同轴馈电螺旋圆极化全向天线，其特征在于:包括四个平面螺旋加载臂（I)、馈 电圆盘(2)、圆形底盘(3)、同轴接插件(4)和多个短路柱(5)，四个平面螺旋加载臂（1)均匀 设置于馈电圆盘(2)的边沿且与馈电圆盘(2)处于同一平面;馈电圆盘(2)通过多个短路柱 (5)与圆形底盘(3)相连接；圆形底盘(3)设置在馈电圆盘(2)的下方且馈电圆盘(2)的圆心 与圆形底盘(3)的圆心共法线；馈电圆盘(2)的直径小于圆形底盘(3)的直径；同轴接插件 (4)的内导体与馈电圆盘(2)相连接，外导体与圆形底盘(3)相连接。2. 根据权利要求1所述的一种同轴馈电螺旋圆极化全向天线，其特征在于:平面螺旋加 载臂（1)由内指数渐变曲线和外指数渐变曲线围合而成，其服从以下极坐标方程式： 内指数渐变曲线口:满足以下的方程:P1 = (D/2) eTa4); 外指数渐变曲线P2满足以下的方程:/? =(/>/2-0，"# ; 式中，Φ为旋转角度，D = 0.75λ〇，λ〇为中心频率对应的波长，t = 0.75mm，a为第一曲率系 数，Sa为第二曲率系数。3. 根据权利要求2所述的一种同轴馈电螺旋圆极化全向天线，其特征在于:0.3〈α〈0.5。4. 根据权利要求2所述的一种同轴馈电螺旋圆极化全向天线，其特征在于：馈电圆盘 (2)与四个平面螺旋加载臂（1)为一体结构。5. 根据权利要求1所述的一种同轴馈电螺旋圆极化全向天线，其特征在于：馈电圆盘 (2)和圆形底盘(3)的材质均为铝。6. 根据权利要求5所述的一种同轴馈电螺旋圆极化全向天线，其特征在于：馈电圆盘 ⑵的直径为0 · 35λ〇，厚度为1mm;圆形底盘⑶的直径为〇 · 45λ〇，厚度为1mm;馈电圆盘⑵和 圆形底盘(3)的间距为0.05λ〇;其中，λ〇为中心频率对应的波长。7. 根据权利要求6所述的一种同轴馈电螺旋圆极化全向天线，其特征在于：馈电圆盘 (2)和圆形底盘(3)之间设置有12个短路柱(5)，12个短路柱(5)围绕着圆形底盘(3)的圆心 均匀排列一周，围绕半径为〇.42λ〇;其中，λ〇为中心频率对应的波长。
【文档编号】H01Q21/24GK105896037SQ201610377410
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月1日
【发明人】宋长宏
【申请人】中国电子科技集团公司第五十四研究所