一种平面等角螺旋与四臂圆柱螺旋复合结构天线的制作方法

本发明涉及螺旋天线技术领域，具体涉及平面等角螺旋与四臂圆柱螺旋复合结构天线。

背景技术：

拉姆西于1957年提出非频变天线理论突破了之前天线带宽不超过2：1的瓶颈，推动了超宽频带天线技术的不断发展。目前宽频带天线的种类繁多，但大部分都是地面上使用，体积和尺寸都比较大，但是作为用在车辆、船舶、舰艇、飞机和导弹上的天线，不仅要求天线体积小，而且要求有良好的宽频带电气性能，所以研究小型化、高增益的宽频带天线是具有非常重要的现实意义。

螺旋天线属于非频变天线系列，具有多方面的宽频带特性，能够在很宽的频带内具有良好的阻抗特性、方向图特性以及圆极化特性，因此在电子侦察、反辐射制导、车载卫星通讯及uwb等领域得到广泛的应用。常用的螺旋天线有平面螺旋天线和立体螺旋天线，平面螺旋天线包括阿基米德螺旋天线和等角螺旋天线，立体螺旋天线包括圆柱螺旋天线和圆锥螺旋天线等，结构上分单臂、双臂、四臂等。平面螺旋天线纵向尺寸小，径向尺寸与天线最大工作波长成正比；立体螺旋天线的带宽相对于平面螺旋天线窄，但在工作频率相同时径向尺寸比平面螺旋天线小得多。

单一的螺旋天线在确定频带的情况下很难在常规设计尺寸上进一步实现在体积上的小型化，如果能够结合这两类天线性能的优点，在工作频带的高频段采用平面螺旋结构，在低频段采用柱面螺旋结构，则可以实现小口径超宽带辐射特性和圆极化特性。目前，已经出现了平面螺旋与双臂圆柱螺旋复合结构天线，在天线小型化领域取得一定的进展。但是，新的应用场景对天线尺寸提出了更严苛的要求，需要在确保天线辐射/接收性能的基础上进一步缩小天线体积。

技术实现要素：

本发明提供一种平面等角螺旋与四臂圆柱螺旋复合结构天线，能够有效减小天线尺寸，大幅度提高天线的圆极化特性。

本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种平面等角螺旋与四臂圆柱螺旋复合结构天线，包括一个双臂平面等角螺旋天线和一个四臂圆柱螺旋天线，所述双臂平面等角螺旋天线在其外端处与所述四臂圆柱螺旋天线无缝连接。

进一步的，平面等角螺旋与四臂圆柱螺旋复合结构天线还包括一个圆柱形的介质柱，所述四臂圆柱螺旋天线覆盖并嵌入介质柱一端的柱面，所述双臂平面等角螺旋天线覆盖介质柱同一端的平面。

优选的，所述双臂平面等角螺旋天线起始半径为4mm，螺旋增长率为0.221，圈数为一圈半，对应的弧度范围为0到2×π×1.5；所述四臂圆柱螺旋天线圈数为半圈，每个臂宽度为10度，对应的弧度范围为2×π×1.5到2×π×2，所述四臂圆柱螺旋天线的直径为64mm，旋转一圈下降的高度为94mm。

优选的，所述双臂平面等角螺旋天线材质为介质底板厚度为0.787mm、介电常数为2.2的rogers5880高频板。

优选的，所述四臂圆柱螺旋天线材质为铜片。

优选的，所述介质柱的直径为64mm，高度为64mm，介电常数为2.2。

优选的，平面等角螺旋与四臂圆柱螺旋复合结构天线还包括阻抗变换器，所述阻抗变换器放置在天线腔体内，上端与所述双臂平面等角螺旋天线的始端相连，下端与馈电端子相连。

优选的，所述阻抗变换器包括渐变微带线和平衡双线；其中，所述渐变微带线与馈电端子连接，所述平衡双线与所述双臂平面等角螺旋天线的起始端连接。

优选的，天线末端加载两个集总参数电阻，所述两个集总参数电阻相差180度角，分别连接在所述四臂圆柱螺旋天线的底端。

优选的，所述两个集总参数电阻(5)的阻值大小均为180欧姆。

本发明的有益效果在于：本发明采用四臂圆柱螺旋代替双臂圆柱螺旋与平面螺旋组成复合结构天线，大幅度缩小天线尺寸，0.3ghz频率对应波长为1000mm，天线最大尺寸为64mm，仅为0.064λ，远远小于现有天线尺寸；且明显降低天线轴比，使天线在0.3ghz-7ghz具有良好的圆极化特性。四臂圆柱螺旋底端集总电阻的加载，有效改善整个带宽范围内的输入阻抗匹配和天线末端电流分布，而且能够显著优化天线的s11参数，在0.3ghz-7ghz频带内s11<-15db。本发明的复合结构天线具有超宽带的特性，高低频之比达到了23.33，明显优于现有天线。

附图说明

图1是本发明的平面等角螺旋与四臂圆柱螺旋复合结构天线；

图2是本发明的平面等角螺旋与四臂圆柱螺旋复合结构天线的回波损耗曲线图；

图3是本发明的平面等角螺旋与四臂圆柱螺旋复合结构天线的轴比曲线图(取最大辐射方向)。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明的平面等角螺旋与四臂圆柱螺旋复合结构天线，包括天线部分和介质柱3部分，所述天线部分覆盖于介质柱3之上，包括双臂平面等角螺旋天线1和四臂圆柱螺旋天线2，介质柱3上端放置的是双臂平面等角螺旋天线1，起始半径为4mm，螺旋增长率为0.221，圈数为一圈半，对应的角度范围为0到2×π×1.5，最终平面等角螺旋天线1形成的直径为64mm；介质柱3外圈放置的是四臂圆柱螺旋天线2，四臂圆柱螺旋天线2的直径为64mm，旋转半圈下降的高度为47额问问mm，对应的角度范围为2×π×1.5到2×π×2，采用这样的参数，可以使等角螺旋天线1末端延续四臂圆柱螺旋天线2实现无缝连接，形成复合螺旋结构。本发明的平面等角螺旋天线1为双臂对称的，将一条设计好的天线臂旋转180°就形成另一条臂。

本平面等角螺旋天线1材质为介质底板厚度为0.787mm、介电常数为2.2的rogers5880高频板，本四臂圆柱螺旋天线2材质为铜片。将两等臂平面螺旋天线1的末端和四臂圆柱螺旋天线2的始端分别无缝焊接形成复合结构螺旋天线。

在前述平面等角螺旋与四臂圆柱螺旋复合结构天线的基础上，为了提高天线的性能，本发明采用了两项技术措施：一是采取了在天线末端加载两个集总参数电阻5的方式，安装位置位于所述四臂圆柱螺旋天线2的底端，相差180度角，实现了输入、输出阻抗的变换。两个集总电阻5的阻值大小均为180欧姆，有利于天线的宽带匹配。

采取的技术措施之二是在四臂圆柱天线腔内还设置有阻抗变换器4，该阻抗变换器4包含连接设置的渐变微带线和平衡双线。其中，所述的渐变微带线与馈电端子连接，所述的平衡双线与平面等角螺旋天线1的起始端连接。从而实现由同轴线系统的不平衡结构向平面等角螺旋和四臂圆柱螺旋的平衡结构的变换，使得螺旋天线获得良好的匹配。

图2展示了本发明的平面等角螺旋与四臂圆柱螺旋复合结构天线的回波损耗曲线图。移动通信系统对天线s11参数的要求是小于-14db。由图2曲线可知，本发明复合结构天线具有超宽带特性，在0.3ghz-7ghz频带范围内保持s11<-15db。

图3是本发明的平面等角螺旋与四臂圆柱螺旋复合结构天线的轴比曲线图，一般设计中大多是要求带内轴比小于3db。本发明复合结构天线在0.42ghz-7ghz频带范围内基本保证天线的轴比小于3db。