一種臂寬周期性變化的圓錐模單臂螺旋天線的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于通信技術領域，具體涉及一種臂寬周期性變化的圓錐模單臂螺旋天線。
【背景技術】
[0002]螺旋天線不僅可以實現寬波束圓極化，還具有體積小、重量輕以及結構穩定等優點，因而在衛星通信領域得到了廣泛的應用。
[0003]為了實現地球同步衛星與地面固定站之間的通信，需要使用具有固定傾斜波束角度的圓極化天線，這種形式的天線可以通過采用將工作在軸向模式的螺旋天線進行傾斜方向架設或者使螺旋天線工作在圓錐模式的方法來實現。
[0004]但是目前將工作在軸向模式的螺旋天線傾斜方向架設，存在衛星平臺上占用空間較大以及天線架設角度精確度要求高等問題；而工作在圓錐模式的螺旋天線在低俯仰角是全方位輻射且增益較低，這樣使得衛星通信質量降低。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在于針對上述現有技術中的問題，提供一種臂寬周期性變化的圓錐模單臂螺旋天線，使螺旋天線僅在寬臂一側的俯仰角范圍內輻射傾斜波束，提高天線在低俯仰角的增益，保證天線在低俯仰角具有較好的圓極化性能，從而有效地改善衛星通信質量。
[0006]為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為:包括固定在圓形金屬地板中心上的圓柱形基體，并且圓柱形基體的表面上附著有螺旋形金屬輻射臂；所述的螺旋形金屬輻射臂寬度由首端開始至末端結束周期性變化；螺旋形金屬輻射臂首端與圓形金屬地板分別外接同軸線的內外導體進行饋電。
[0007]所述的螺旋形金屬輻射臂寬度的變化周期為一圈。
[0008]所述的螺旋形金屬輻射臂每一圈均包括窄臂和寬臂兩部分，且所有窄臂和寬臂分別分布于圓柱形基體的相同兩側。
[0009]所述的螺旋形金屬輻射臂首端為窄臂或者寬臂的最前端。
[0010]所述的同軸線通過設置在端部的連接器傳輸信號。
[0011]所述的螺旋形金屬輻射臂首端與圓形金屬地板之間設置有間隙。
[0012]所述的圓形金屬地板與螺旋形金屬輻射臂的制備材料為銅，圓柱形基體的制備材料為聚四氟乙烯。
[0013]所述的圓柱形基體截面圓的周長大于4A/3，所述的Aci為單臂螺旋天線中心工作頻率對應的自由空間傳輸波長。
[0014]所述的圓柱形基體截面圓的周長為2.3 Aci，所述的Aci為單臂螺旋天線中心工作頻率對應的自由空間傳輸波長。
[0015]與現有技術相比，本發明通過將螺旋形金屬輻射臂的寬度由其首端開始至末端結束周期性變化，改變了螺旋形金屬輻射臂上的電流分布，進而改變了圓錐模單臂螺旋天線的輻射性能。本發明在工作時，信號通過同軸線傳輸至天線，由于螺旋形金屬輻射臂寬度周期性變化，因此能夠產生具有固定角度的傾斜波束，并且這樣提高了天線在低俯仰角的增益，保證天線在低俯仰角具有較好的圓極化性能，有效地改善了衛星通信質量。
[0016]進一步的，本發明螺旋形金屬輻射臂每一圈均包括窄臂和寬臂兩部分，且所有窄臂和寬臂分別分布于圓柱形基體的相同兩側，因為寬臂一側具有較大的電流分布，從而使得本發明僅在寬臂一側的俯仰角范圍內輻射傾斜波束，在窄臂一側的俯仰角范圍內基本沒有輻射，提高了天線在低俯仰角的增益，保證天線在低俯仰角具有較好的圓極化性能，有效地改善了衛星通信質量。
[0017]進一步的，本發明圓形金屬地板與螺旋形金屬輻射臂制備材料為銅，圓柱形基體制備材料為聚四氟乙烯，螺旋形金屬輻射臂能夠直接印制在圓柱形基體的外表面，加工方便。
[0018]進一步的，本發明圓柱形基體截面圓的周長大于4X^3，圓錐模單臂螺旋天線在此基礎上才能夠輻射圓錐波束。圓柱形基體截面圓的周長優選為2.3 Aci，輻射效果最優。
【附圖說明】
[0019]圖1本發明整體結構示意圖；
[0020]圖2本發明螺旋形金屬輻射臂的結構示意圖:
[0021]圖2(a)為首端為窄臂最前端的螺旋形金屬輻射臂結構示意圖；
[0022]圖2(b)為首端為寬臂最前端的螺旋形金屬輻射臂結構示意圖；
[0023]圖3臂寬不變的圓錐模單臂螺旋天線輻射方向測試圖；
[0024]圖4本發明輻射方向測試圖；
[0025]附圖中:1-圓柱形基體；2_圓形金屬地板；3_螺旋形金屬福射臂；4_窄臂；5-寬臂；6_螺旋形金屬輻射臂首端。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明。
[0027]參見圖1，本發明天線的整體結構包括圓柱形基體1、圓形金屬地板2以及附著于圓柱形基體I表面的螺旋形金屬輻射臂3。其中圓柱形基體I的底端通過螺絲固定在圓形金屬地板2的中心位置，螺旋形金屬輻射臂3直接附著于圓柱形基體I的外表面，依螺旋狀路徑，沿軸向從圓柱形基體I底端附近往上延伸。螺旋形金屬輻射臂3的寬度由其首端開始至末端結束周期性變化，寬度變化周期為一圈，每一圈均包括窄臂4和寬臂5兩部分，且所有窄臂4和寬臂5分別分布于圓柱形基體I的相同兩側，每一圈寬臂5的寬度大于窄臂4的寬度，每一圈的寬臂5長度可以大于、等于或者小于寬臂5長度。螺旋形金屬輻射臂首端6附著在圓柱形基體I底端附近，離圓形金屬地板2有一小段的距離。
[0028]參見圖2(a)與圖2(b)，本發明天線中螺旋形金屬輻射臂3具有兩種立體結構，分別為螺旋形金屬輻射臂首端6為窄臂4最前端以及螺旋形金屬輻射臂首端6為寬臂5最前端。用同軸線對天線進行饋電，同軸線一端為連接器，另一端的內外導體分別和螺旋形金屬輻射臂首端6、圓形金屬地板2進行焊接。信號通過連接器經同軸線傳輸至天線，由于螺旋形金屬輻射臂3寬度的周期性變化，使寬臂5 —側有較大的電流分布，從而使得本發明僅在寬臂5 —側的俯仰角范圍內輻射傾斜波束，在窄臂4 一側的俯仰角范圍內基本沒有輻射，提高了天線在低俯仰角的增益，保證天線在低俯仰角具有較好的圓極化性能，有效地改善了衛星通信質量。
[0029]本發明在優選實施例中圓形金屬地板2的材料為銅，直徑為0.9 Atl,圓柱形基體I的材料為聚四氟乙烯，截面圓的周長為2.3 λ ^，螺旋形金屬輻射臂3的材料為銅，印制在圓柱形基體I的外表面。螺旋形金屬輻射臂3 —共有三圈，相鄰兩圈間的螺距為0.4 λ ^，每一圈窄臂4的寬度為0.02 λ ^，寬臂5的寬度為0.1 λ ^，且每一圈的窄臂4長度與寬臂5長度相等，螺旋形金屬輻射臂首端6為窄臂4最前端，其中，λ ^為單臂螺旋天線中心工作頻率對應的自由空間傳輸波長。
[0030]參見圖3，4，縱坐標增益大小表示天線在某一方向上的輻射強弱程度，增益越大則天線在該方向上的輻射強度越大，反之則天線在該方向上的輻射強度越小。對比圖3和圖4測試結果可以看出，本發明臂寬周期性變化的圓錐模單臂螺旋天線僅在寬臂5 —側的俯仰角范圍內輻射傾斜波束，在窄臂4 一側的俯仰角范圍內基本沒有輻射，而臂寬不變的圓錐模單臂螺旋天線在本發明天線的窄臂4 一側和寬臂5 —側對應的俯仰角范圍內均有輻射。
[0031]以上所述僅為本發明最佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，凡在本發明的精神和原則范圍之內，所作的任何改進、等同替換、組合、簡化等，均應理解為包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種臂寬周期性變化的圓錐模單臂螺旋天線，其特征在于:包括固定在圓形金屬地板(2)中心上的圓柱形基體(I)，并且圓柱形基體(I)的表面上附著有螺旋形金屬輻射臂(3);所述的螺旋形金屬輻射臂(3)寬度由首端開始至末端結束周期性變化；螺旋形金屬輻射臂首端(6)與圓形金屬地板(2)分別外接同軸線的內外導體進行饋電。
2.根據權利要求1所述的臂寬周期性變化的圓錐模單臂螺旋天線，其特征在于:所述的螺旋形金屬輻射臂(3)寬度的變化周期為一圈。
3.根據權利要求1或2所述的臂寬周期性變化的圓錐模單臂螺旋天線，其特征在于:所述的螺旋形金屬輻射臂(3)每一圈均包括窄臂(4)和寬臂(5)兩部分，且所有窄臂(4)和寬臂(5)分別分布于圓柱形基體⑴的相同兩側。
4.根據權利要求3所述的臂寬周期性變化的圓錐模單臂螺旋天線，其特征在于:所述的螺旋形金屬輻射臂首端(6)為窄臂(4)或者寬臂(5)的最前端。
5.根據權利要求1所述的臂寬周期性變化的圓錐模單臂螺旋天線，其特征在于:所述的同軸線通過設置在端部的連接器傳輸信號。
6.根據權利要求1所述的臂寬周期性變化的圓錐模單臂螺旋天線，其特征在于:所述的螺旋形金屬輻射臂首端(6)與圓形金屬地板(2)之間設置有間隙。
7.根據權利要求1所述的臂寬周期性變化的圓錐模單臂螺旋天線，其特征在于:所述的圓形金屬地板(2)與螺旋形金屬輻射臂(3)的制備材料為銅，圓柱形基體(I)的制備材料為聚四氟乙烯。
8.根據權利要求1或7所述的臂寬周期性變化的圓錐模單臂螺旋天線，其特征在于:所述的圓柱形基體(I)截面圓的周長大于4 λ/3，所述的Aci為單臂螺旋天線中心工作頻率對應的自由空間傳輸波長。
9.根據權利要求8所述的臂寬周期性變化的圓錐模單臂螺旋天線，其特征在于:所述的圓柱形基體(I)截面圓的周長為2.3 Aci，所述的Aci為單臂螺旋天線中心工作頻率對應的自由空間傳輸波長。
【專利摘要】本發明公開了一種臂寬周期性變化的圓錐模單臂螺旋天線，包括固定在圓形金屬地板中心上的圓柱形基體，并且圓柱形基體的表面上附著有螺旋形金屬輻射臂；所述的螺旋形金屬輻射臂寬度由首端開始至末端結束周期性變化；螺旋形金屬輻射臂首端與圓形金屬地板分別外接同軸線的內外導體進行饋電。本發明通過將螺旋形金屬輻射臂的寬度由其首端開始至末端結束周期性變化，改變了螺旋形金屬輻射臂上的電流分布，進而改變了圓錐模單臂螺旋天線的輻射性能，能夠產生具有固定角度的傾斜波束，并且提高了天線在低俯仰角的增益，保證天線在低俯仰角具有較好的圓極化性能，有效地改善了衛星通信質量。
【IPC分類】H01Q1-48, H01Q7-00, H01Q1-38
【公開號】CN104577319
【申請號】CN201510018966
【發明人】楊曉強, 鄢澤洪, 朱戰發, 張天齡
【申請人】西安電子科技大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月14日