一種帶背腔結構的平面螺旋天線的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于微波器件領域，具體涉及一種帶背腔結構的平面螺旋天線。
【背景技術】
[0002]隨著無線通信技術的快速發展，人們對高速無線通信提出了更高的要求。作為一種短距離無線通信技術，超寬帶(UWB)具有傳輸速率高、功耗低、安全性好、抗多徑能力強、成本低廉等優點，引起了人們前所未有的關注。平面螺旋天線是一種超寬帶天線，該天線在很寬的頻帶內具有良好的阻抗特性、方向圖特性和圓極化特性，在電子對抗領域得到了廣泛的重視和應用。平面螺旋天線包括等角螺旋天線和阿基米德螺旋天線，平面螺旋天線為平衡結構，當用同軸線等非平衡傳輸線對其饋電時需要加巴倫來平衡電流。申請號為CN200810202640.5的中國專利“帶背腔的超寬帶平面螺旋天線”中，提出了一種基于拋物曲面反射腔的平面螺旋天線，但是該天線在0.36-6.83GHz內駐波比僅小于2，抗干擾能力較差;而且隨著應用頻率的增長，其天線輻射損耗會增大，限制了其應用。
【發明內容】
[0003]本發明針對【背景技術】存在的缺陷，提出了一種新型的階梯狀背腔結構的平面螺旋天線，該天線在8-lSGHz內駐波比小于1.45，天線的發射和接收效率高。
[0004]本發明的技術方案如下:
[0005]—種帶背腔結構的平面螺旋天線，包括輸入輸出端口 8、指數漸變巴倫5、平面螺旋天線1、介質板2和金屬背腔7，所述指數漸變巴倫5包括平衡端6和非平衡端4，所述平衡端6連接平面螺旋天線I的兩臂3，所述非平衡端4連接輸入輸出端口 8，所述指數漸變巴倫5由金屬背腔7包裹;其特征在于，所述金屬背腔7為階梯狀結構，階梯由平衡端到非平衡端方向上呈上升趨勢。
[0006]進一步地，所述平面螺旋天線I由兩個中心對稱的螺旋天線組成，且螺線的寬度與螺線間的間隔相等，這樣形成的互補結構，有利于阻抗的寬帶特性。
[0007]進一步地，所述平面螺旋天線I采用印刷電路技術制作。
[0008]進一步地，所述指數漸變巴倫5為形成于介質基片上的寬度漸變的金屬帶，包括平衡端6和非平衡端4，所述平衡端6連接平面螺旋天線I的兩臂3，所述非平衡端4連接輸入輸出端口 8。
[0009]進一步地，所述金屬背腔7為三級階梯狀結構，口徑大于平面螺旋天線I。
[0010]進一步地，所述平面螺旋天線I由螺旋方程建立得到，位于介質板2的正面，金屬背腔為階梯狀結構，位于介質板2的背面。
[0011]本發明的有益效果為:
[0012]本發明平面螺旋天線采用新型的階梯狀背腔結構，實現了8-lSGHz的寬帶范圍內駐波比小于1.45，具有較好的抗干擾能力，改善了平面螺旋天線的性能。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明平面螺旋天線的結構示意圖；
[0014]圖2為本發明帶背腔結構的平面螺旋天線中指數漸變巴倫5的結構示意圖；
[0015]圖3為本發明帶背腔結構的平面螺旋天線的階梯狀背腔的剖視圖；
[0016]圖4為本發明帶背腔結構的平面螺旋天線的仿真駐波比示意圖；
[0017]圖5為本發明帶背腔結構的平面螺旋天線的增益仿真示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和實施例，詳述本發明的技術方案。
[0019]如圖1、2、3所示，實施例帶背腔結構的平面螺旋天線包括輸入輸出端口8、指數漸變巴倫5、平面螺旋天線1、介質板2和金屬背腔7;所述平面螺旋天線I由螺旋方程建立得到，通過印刷電路工藝印刷在介質板的正面，所述金屬背腔7為三級階梯狀結構，位于介質板2的背面。
[0020]進一步地，所述金屬背腔7為三級階梯狀結構，由平衡端到非平衡端方向上依次為第一階梯、第二階梯和第三階梯;所述第一階梯的長度為頻率范圍最大波長的四分之一，第二階梯的長度為中心頻率對應波長的四分之一，第三階梯的長度為頻率范圍最小波長的四分之一，從巴倫平衡端到非平衡端方向階梯狀背腔的橫截面依次增大。
[0021]進一步地，所述平面螺旋天線I由螺旋方程建立得到，具體的參數設置滿足:
[0022](a)螺線的外徑D取決于下限工作頻率的波長Amax，其周長C = JiD 2 1.25Amax;
[0023](b)螺線的內徑2ro，即饋電點的間距，對天線阻抗匹配和上限工作頻率都有較大的影響，應結合饋電方式考慮，但2ro必須小于Amin/4 ；
[0024](c)螺線增長率a愈小，螺線的曲率愈大，則密度愈甚，終端效應小，但圈數過多傳輸損耗增大，通常取每臂約20圈；
[0025](d)螺線寬度通常等于相鄰螺線的間隙寬度稱自補結構，兩臂為無限長的自補結構天線輸入阻抗理論值為188.5Ω，一般實際天線約為140Ω ;若螺線寬度大于間隙寬度可降低輸入阻抗。
[0026]進一步地，所述指數漸變巴倫5采用指數型雙面微帶線結構，包括平衡端6和非平衡端4，所述平衡端6連接平面螺旋天線I的兩臂3，所述非平衡端4連接輸入輸出端口 8。
[0027]進一步地，所述介質板2為Rogerss 4003介質基板。
[0028]實施例所述帶背腔結構的平面螺旋天線應用時，非平衡端4外接信號源，信號源通過指數漸變巴倫5傳輸到平面螺旋天線的兩臂3，再由平面螺旋天線的兩臂3向介質板2正反面輻射，向反面輻射的信號經過本發明提出的階梯狀金屬背腔7反射，反射回來的信號在平面螺旋天線I一側疊加，產生效率更高的輻射，并且由于特殊腔體的影響，輻射的信號駐波比很小(小于1.45)，在工作頻率范圍內(8-18GHz)抗干擾能力很強，從而實現通信功能。
[0029]如圖4所示，為本發明帶背腔結構的平面螺旋天線的仿真駐波比示意圖，其中橫坐標代表頻率，單位GHz，縱坐標為駐波比值，單位是dB;由圖4可知，本發明帶背腔結構的平面螺旋天線在8-lSGHz頻率范圍內，駐波比小于1.45。圖5為本發明帶背腔結構的平面螺旋天線的增益仿真示意圖；由圖5可知，本發明螺旋天線的增益為3.6dB。
【主權項】
1.一種帶背腔結構的平面螺旋天線，包括輸入輸出端口(8)、指數漸變巴倫(5)、平面螺旋天線(I)、介質板(2)和金屬背腔(7)，所述指數漸變巴倫(5)包括平衡端(6)和非平衡端(4)，所述平衡端(6)連接平面螺旋天線(I)的兩臂(3)，所述非平衡端(4)連接輸入輸出端口(8)，所述指數漸變巴倫(5)由金屬背腔(7)包裹;其特征在于，所述金屬背腔(7)為階梯狀結構，階梯由平衡端到非平衡端方向上呈上升趨勢。2.根據權利要求1所述的帶背腔結構的平面螺旋天線，其特征在于，所述平面螺旋天線(I)由兩個中心對稱的螺旋天線組成，且螺線的寬度與螺線間的間隔相等。3.根據權利要求1所述的帶背腔結構的平面螺旋天線，其特征在于，所述平面螺旋天線I采用印刷電路技術制作。4.根據權利要求1所述的帶背腔結構的平面螺旋天線，其特征在于，所述金屬背腔(7)為三級階梯狀結構，口徑大于平面螺旋天線(I)。5.根據權利要求1所述的帶背腔結構的平面螺旋天線，其特征在于，所述平面螺旋天線(I)由螺旋方程建立得到，位于介質板(2)的正面，金屬背腔為階梯狀結構，位于介質板(2)的背面。
【專利摘要】一種帶背腔結構的平面螺旋天線，屬于微波器件領域。包括輸入輸出端口、指數漸變巴倫、平面螺旋天線、介質板和金屬背腔，所述指數漸變巴倫包括平衡端和非平衡端，所述平衡端連接平面螺旋天線的兩臂，所述非平衡端連接輸入輸出端口，所述指數漸變巴倫由金屬背腔包裹；其特征在于，所述金屬背腔為階梯狀結構，階梯由平衡端到非平衡端方向上呈上升趨勢。本發明平面螺旋天線采用新型的階梯狀背腔結構，實現了8-18GHz的寬帶范圍內駐波比小于1.45，具有較好的抗干擾能力，改善了平面螺旋天線的性能。
【IPC分類】H01Q13/08, H01Q1/38, H01Q19/10
【公開號】CN105609960
【申請號】CN201610055964
【發明人】楊青慧, 趙志晨, 張懷武, 文岐業, 劉元昆, 安照輝, 杜姍姍, 劉銀中
【申請人】電子科技大學
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2016年1月27日