一种线宽渐变的超宽带圆极化复合天线的制作方法

本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种线宽渐变的超宽带圆极化复合天线。

背景技术：

随着被动探测、电子侦察、电子对抗等军事技术的迅猛发展，小型化宽频带圆极化天线因具有频带宽、尺寸小等优势受到越来越多的关注。微波毫米波被动导引头由于其结构空间狭小和需满足气动外形，要求天线需具有低剖面、小型化、易共形和宽波束等特征。

现有的圆极化天线形式主要有球面螺旋天线、阿基米德螺旋天线、等角度螺旋天线及由多种圆极化天线组合而成的复合天线。球面螺旋天线纵向尺寸较大，其结构不满足低剖面要求。传统的阿基米德螺旋天线具有相同的线宽，或是由多组不同螺旋线宽的结构复合而成，其螺旋增长率相对较慢，具有传输损耗大、效率低等缺点；等角度螺旋天线当其螺旋臂长大于一个波长时开始呈现非频变特性。阿基米德螺旋天线和等角度螺旋天线均属于螺旋臂位于微带印制板同侧的平面圆极化天线，其结构尺寸小型化程度有效，且天线的波束宽度与频率呈非线性反比关系，不利于系统在高频段进行大视角扫描探测。

2005年12月13日公开了一种圆极化天线专利，专利US6975281B2“Reduced Size Dielectric Loaded Spiral Antenna”介绍了一种两种螺旋线复合的超宽带天线，天线末端是一圈起始宽度与内部区域螺旋线等宽逐渐渐变至零的螺旋线，以减小天线末端的尾流效应，其他螺旋线的线宽相同，天线小型化效果有效。

2015年11月5日徐海鹏等人申请一种新型的平面阿基米德螺线天线，专利申请号为201510746503.8，专利名称为“多线宽渐变阿基米德螺旋天线及实现方法”，其内容涉及了通过多组螺线线宽结构实现了超宽带和小型化设计。由于每组内螺旋线线宽相同，不同组螺旋线线宽不同，使得天线小型化程度有限，且存在天线在高低频段的波束宽度差异较大的问题。

2014年3月24日葛俊祥等人申请了一种复合圆极化天线，专利申请号为201410109010.9，专利名称为“新型小型化超宽带圆极化天线”，其内容涉及了采用将平面等角度螺线天线和球面螺线天线相结合，有效地降低了天线尺寸，但这种结构纵向尺寸较大，无法实现与载体共形。

2012年《微波学报》杂志中公开的文献《单层贴片圆极化天线的小型化设计》，介绍了在常规微带天线的基础上，通过附加缝隙微扰单元实现了单层贴片圆极化天线的小型化设计。该天线虽在结构尺寸上具有一定的小型化优势，但是天线带宽较窄，无法实现多倍频的圆极化天线。

2013年《电子设计工程》杂志中公开的文献《缝隙阿基米德螺旋天线及小型化设计》，介绍了在阿基米德螺旋天线的基础上，通过将螺旋臂终端设计成曲折臂形式，并在天线末端进行电阻加载，以达到平面螺旋天线小型化的目的。该天线在低频段增益较低，是以电阻吸收、牺牲增益的方法实现了小型化设计。

与上述具有代表性的相关专利相比，本发明采用将高、低频螺旋天线分层复合布局，在实现天线高增益的前提下，有效地解决了天线在高低频段的波束宽度差异较大的问题。另外，通过将螺旋增长率设计成与旋转角度相关的变量，使得天线在小型化和非频变特性间获得了较好的兼顾。因此，与传统的圆极化天线相比，其优势明显。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种线宽渐变的超宽带圆极化复合天线，可实现圆极化天线的小型化和超宽带，确保全频段内的增益和天线波束宽度满足使用要求。

为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种线宽渐变的超宽带圆极化复合天线，其特点是，包含：

金属背腔；

天线，其设置于金属背腔一端；

天线罩，其位于天线的前端，并罩住所述的天线；

所述的天线包含：一微带印制板；

设置于微带印制板一面的高频段螺旋天线；

低频段螺旋天线，其设置在微带印制板上且与高频段螺旋天线相反的一面；

所述的高频段螺旋天线通过其外沿螺旋线末端的金属过孔对所述的低频段螺旋天线进行馈电，使得所述的高频段螺旋天线和低频段螺旋天线空间复合。

所述的天线为阿基米德螺旋天线，其螺旋线宽度、缝隙宽度和螺旋增长率都是随旋转角度渐变增大。

所述的金属背腔朝向天线一端向内开设一U型柱面腔体，所述的天线固定安装于U型柱面腔体的顶部开口处。

所述的U型柱面腔体内壁粘贴有吸波材料。

所述U型柱面腔体的深度按照天线低频段工作波长设计。

该超宽带圆极化复合天线还包含一巴伦组件，其从金属背腔另一端穿入后与天线相连。

该超宽带圆极化复合天线还包含一连接环，其与金属背腔紧固相连。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

天线的螺旋线宽度、缝隙宽度和螺旋增长率都是随旋转角度渐变增大的，且螺旋增长率介于阿基米德螺旋天线的螺旋增长率和等角度螺旋天线的螺旋增长率两者之间，使得天线在小型化和非频变特性间获得了较好的兼顾。

受口径限制，为确保全频段天线波束宽度满足要求指标要求，将高、低频段对应的辐射区域分至于两块印制板的上下两侧，通过巴伦对上层毫米波天线进行馈电，上层辐射段通过金属化通孔对下层的低频段天线进行馈电。

结构简单可靠，实现了低剖面、小型化、宽波束的新型圆极化天线，改善了天线全频段的辐射特性，确保探测系统能在全频段内进行大视角扫描探测。

附图说明

图1为本发明一种线宽渐变的超宽带圆极化复合天线的剖视图；

图2a、2b为本发明天线的示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，一种线宽渐变的超宽带圆极化复合天线，包含：

金属背腔30；

天线20，其设置于金属背腔30一端，用以接收来自目标的电磁波；

天线罩10，其位于天线20的前端，并罩住所述的天线20，用以保护天线避免直接承受热流冲击；

一巴伦组件70，其从金属背腔另一端穿入后与天线相连，实现天线到同轴的阻抗变换和平衡馈电；以及，

一连接环40，其与金属背腔紧固和后端部件相连，其中螺套50用以将金属背腔30和连接环40进行紧固连接。

紧固螺钉80是用以将巴伦组件70固定在金属背腔30上。

图2a、2b为天线的示意图，包括高频段螺旋天线201，微带印制板202、金属化过孔203、金属化过孔204及低频段螺旋天线205。高频段螺旋天线201位于微带印制板202上表面，其作用是接收来自目标的高频段电磁波，低频段螺旋天线205位于微带印制板202下表面，其作用是接收来自目标的低频段电磁波，高频段螺旋天线201和低频段螺旋天线205由微带印制板202通过化学腐蚀的方法实现。金属化过孔203位于高频段螺旋天线201的末端和低频段螺旋天线205的起始端之间，金属化过孔204位于高频段螺旋天线201的中心部位，方便巴伦组件70的两个探针穿过微带印制板202后与高频段螺旋天线201进行焊接。金属化过孔203和金属化过孔204通过印制板加工中的电镀工艺方法实现。

上述的高频段螺旋天线通过其外沿螺旋线末端的金属过孔对所述的低频段螺旋天线进行馈电，使得所述的高频段螺旋天线和低频段螺旋天线空间复合。

上述的天线为阿基米德螺旋天线，其螺旋线宽度、缝隙宽度和螺旋增长率都是随旋转角度渐变增大，具有则有：

高频段螺旋天线201和低频段螺旋天线205的螺旋线应满足以下关系

α＝ΔR/2π (3)

其中，为曲线上任意点的极坐标，起始位置为α为螺旋增长率，ΔR为相邻螺旋线间隔，ΔR与螺旋线等宽，且均随着旋转角度增大而增大，故螺旋增长率是一个关于旋转角度的因变量，相比常规螺旋天线可以缩短螺线臂的长度，从而降低了传输损耗，提高了效率。

在具体实施例中，所述的金属背腔朝向天线一端向内开设一U型柱面腔体，所述的天线固定安装于U型柱面腔体的顶部开口处，通过金属背腔30对双向辐射的天线20产生反射实现天线的单向辐射。所述U型柱面腔体的深度按照天线低频段工作波长设计，其具体尺寸通过计算优化得到。

所述的U型柱面腔体内壁粘贴有吸波材料60，用以减小天线谐振以改善天线的非频变性能，吸波材料60厚度通过计算优化得到。

综上所述，本发明一种线宽渐变的超宽带圆极化复合天线，可实现圆极化天线的小型化和超宽带，确保全频段内的增益和天线波束宽度满足使用要求。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。