一种具有优异轴比性能的轴向模螺旋天线

摘要

本发明涉及一种具有优异轴比性能的轴向模螺旋天线，包括辐射杯体、螺旋线、螺旋线支撑塔和TNC接头，其中TNC接头固定在辐射杯体的外底面中心，螺旋线支撑塔固定在辐射杯体的内底面中心，螺旋线缠绕在螺旋线支撑塔上，螺旋线与TNC接头之间通过焊接连接，辐射杯体呈圆筒状，边缘均匀分布有多个轴比展宽三角槽，内底面上设有轴比对称金属圆环，且轴比对称金属圆环的圆心与辐射杯体内底面的圆心重合，本发明轴向模螺旋天线大大提高了螺旋天线在大照射张角内的轴比水平，有效的改善了轴比方向图的对称性。

权利要求

1.一种具有优异轴比性能的轴向模螺旋天线，包括辐射杯体（1）、螺旋线（2）、螺旋线支撑塔（3）和TNC接头（4），其中TNC接头（4）固定在辐射杯体（1）的外底面中心，螺旋线支撑塔（3）固定在辐射杯体（1）的内底面中心，螺旋线（2）缠绕在螺旋线支撑塔（3）上，螺旋线（2）与TNC接头（4）之间通过焊接连接，其特征在于：所述辐射杯体（1）呈圆筒状，边缘均匀分布有多个轴比展宽三角槽（11），内底面上设有轴比对称金属圆环（12），且所述轴比对称金属圆环（12）的圆心与辐射杯体（1）内底面的圆心重合。

2.根据权利要求1所述的一种具有优异轴比性能的轴向模螺旋天线，其特征在于：所述辐射杯体（1）的内直径为0.85λ～1.1λ，高度为0.25λ～0.35λ。

3.根据权利要求1或2所述的一种具有优异轴比性能的轴向模螺旋天线，其特征在于：所述均匀分布在辐射杯体（1）边缘上的轴比展宽三角槽（11）的数目大于等于6个。

4.根据权利要求1或2所述的一种具有优异轴比性能的轴向模螺旋天线，其特征在于：所述轴比展宽三角槽（11）的深度小于辐射杯体（1）高度的一半，张角大于360°/N，其中N为轴比展宽三角槽（11）的数目。

5.根据权利要求1或2所述的一种具有优异轴比性能的轴向模螺旋天线，其特征在于：所述轴比展宽三角槽（11）三角形的两个边为直线或曲线。

6.根据权利要求5所述的一种具有优异轴比性能的轴向模螺旋天线，其特征在于：所述曲线为指数曲线或多项式曲线。

7.根据权利要求1或2所述的一种具有优异轴比性能的轴向模螺旋天线，其特征在于：所述轴比对称金属圆环（12）的高度等于螺旋线（2）绕制第一圈螺旋线起始位置距离辐射杯体（1）内底面高度与第二圈螺旋线起始位置距离辐射杯体（1）内底面高度之和的一半。

8.根据权利要求1或2所述的一种具有优异轴比性能的轴向模螺旋天线，其特征在于：所述轴比对称金属圆环（12）的内直径与螺旋线（2）绕制的第一圈螺旋线的直径差值为

0.2λ～0.3λ。

说明书

一种具有优异轴比性能的轴向模螺旋天线

技术领域

[0001] 本发明涉及一种轴向模螺旋天线，特别是一种具有优异轴比性能的轴向模螺旋天线。

背景技术

[0002] 大型可展开多波束天线的馈源阵由几十个甚至上百个阵元组成，由于阵元数量多，对阵元的重量有严格要求，轴向模螺旋天线以其轻量化的优势广泛使用在多波束天线的馈源阵中。螺旋天线的轴比性能直径影响到馈源阵的性能，进而影响整个天线的性能，若螺旋天线的轴比性能较差或比较临界，则整个多波束天线的C/I性能会受到严重影响。

[0003] 经典设计的螺旋天线，其轴比性能利用增加螺旋的圈数、适当选取螺距及螺旋上升角来优化，但使用这些措施提高螺旋天线的轴比特性已经达到了极限，尤其是馈源阵对螺旋天线的高度有严格要求，进一步限制了螺旋天线轴比特性的提升。目前，采用经典设计的螺旋天线已经不能满足高性能多波束天线的需求。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种具有优异轴比性能的轴向模螺旋天线，通过采用轴比展宽三角槽和轴比对称金属圆环结构，并对轴比方向图进行轴比展宽设计和对称性设计优化，大大提高了螺旋天线在大照射张角内的轴比水平，有效的改善了轴比方向图的对称性。

[0005] 本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

[0006] 一种具有优异轴比性能的轴向模螺旋天线，包括辐射杯体、螺旋线、螺旋线支撑塔和TNC接头，其中TNC接头固定在辐射杯体的外底面中心，螺旋线支撑塔固定在辐射杯体的内底面中心，螺旋线缠绕在螺旋线支撑塔上，螺旋线与TNC接头之间通过焊接连接，辐射杯体呈圆筒状，边缘均匀分布有多个轴比展宽三角槽，内底面上设有轴比对称金属圆环，且所述轴比对称金属圆环的圆心与辐射杯体内底面的圆心重合。

[0007] 在上述具有优异轴比性能的轴向模螺旋天线中，辐射杯体的内直径为0.85λ～1.1λ，高度为0.25λ～0.35λ。

[0008] 在上述具有优异轴比性能的轴向模螺旋天线中，均匀分布在辐射杯体边缘上的轴比展宽三角槽的数目大于等于6个。

[0009] 在上述具有优异轴比性能的轴向模螺旋天线中，轴比展宽三角槽的深度小于辐射杯体高度的一半，张角大于360°/N，其中N为轴比展宽三角槽的数目。

[0010] 在上述具有优异轴比性能的轴向模螺旋天线中，轴比展宽三角槽三角形的两个边为直线或曲线。

[0011] 在上述具有优异轴比性能的轴向模螺旋天线中，曲线为指数曲线或多项式曲线。

[0012] 在上述具有优异轴比性能的轴向模螺旋天线中，轴比对称金属圆环的高度等于螺旋线绕制第一圈螺旋线起始位置距离辐射杯体内底面高度与第二圈螺旋线起始位置距离辐射杯体内底面高度之和的一半。

[0013] 在上述具有优异轴比性能的轴向模螺旋天线中，轴比对称金属圆环的内直径与螺旋线绕制的第一圈螺旋线的直径差值为0.2λ～0.3λ。

[0014] 本发明与现有技术相比的有益效果是：

[0015] （1）本发明通过在辐射杯体上开轴比展宽三角槽的措施，有效的降低了螺旋天线纵向电流在±40°张角处的交叉极化分量，从而使得本发明的螺旋天线在±40°张角内的轴比性能小于1dB，而经典设计的螺旋天线在±40°张角内的轴比小于2.5dB，本发明大大提高了螺旋天线在大照射张角内的轴比特性；

[0016] （2）本发明通过在辐射杯体内底部加载一个轴比对称金属圆环的措施，有效的改善了轴比方向图的对称性，使得螺旋天线的轴比方向图比经典设计的轴比方向图更对称；

[0017] （3）本发明通过理论研究并结合大量试验对轴比展宽三角槽的个数、形状、尺寸进行了优化设计，同时对轴比对称金属圆环的尺寸进行了优化设计，使得螺旋天线的轴比方向图比经典设计的螺旋天线轴比方向图在相同的张角范围内更小、更对称，螺旋天线在大照射张角内的轴比特性更佳优异；

[0018] （4）本发明轴比展宽三角槽三角形的两个边可以为直线或曲线，曲线可以为指数曲线、多项式曲线或其它曲线，满足不同的需求，结构设计具有较强的灵活性。

附图说明

[0019] 图1为本发明具有优异轴比性能的轴向模螺旋天线结构图；

[0020] 图2为本发明轴向模螺旋天线中辐射杯体结构图；

[0021] 图3为本发明实施例中测试的轴比方向图；

[0022] 图4为经典设计测试的轴比方向图。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

[0024] 如图1所示为本发明具有优异轴比性能的轴向模螺旋天线结构图，由图可知本发明轴向模螺旋天线包括辐射杯体1、螺旋线2、螺旋线支撑塔3和TNC接头4。其中TNC接头4通过螺丝固定在辐射杯体1的外底部中心，螺旋线支撑塔3通过螺钉固定在辐射杯体1的内底部中心，螺旋线2缠绕在螺旋线支撑塔3上，螺旋线2穿过辐射杯体1底部的通孔与TNC接头4之间通过焊接连接。螺旋线2包括直径非渐变螺旋线、直径渐变螺旋线，螺旋线支撑塔3包括用于支撑螺旋线2的三根筋和基座，TNC接头4包括TNC插座和内导体插芯。

[0025] 如图2所示为本发明轴向模螺旋天线中辐射杯体结构图，由图可知本发明的辐射杯体1呈圆筒形状，为金属制造，例如铝合金、铜等，内直径在0.85λ～1.1λ之间，高度在0.25λ～0.35λ之间。利用线切割的方式在辐射杯体1边缘加工出多个均匀分布的轴比展宽三角槽11，即轴比展宽三角槽11在辐射杯体1边缘呈等角度间隔分布，轴比展宽三角槽11的起始位置是任意的，只要满足等角度间隔即可。优选轴比展宽三角槽11的数目N≥6，轴比展宽三角槽11三角形的两个边既可以是直线，也可以是指数曲线、多项式曲线及其他曲线。轴比展宽三角槽11的深度小于辐射杯体1的高度的一半，张角大于360°/N。

[0026] 利用数铣的方式在辐射杯体1的内底面加工出轴比对称金属圆环12，轴比对称金属圆环12的高度=（螺旋线2绕制第一圈螺旋线起始位置距离辐射杯体1内底面高度+第二圈螺旋线起始位置距离辐射杯体1内底面高度）/2。轴比对称金属圆环12的内直径比螺旋线2绕制的第一圈螺旋线的直径大，且差值在0.2λ～0.3λ之间。轴比对称金属圆环12采用铝合金、铜等制备。

[0027] 为了保证螺旋天线的PIM（无源互调）性能，轴比展宽三角槽11和轴比对称金属圆环12都是与辐射杯体一体整体加工的。

[0028] 本发明在具体实施时可以借助商用软件ANSYS HFSS。通过不断调整辐射杯体1的内直径和高度、轴比展宽三角槽11的数目、张角和深度以及轴比对称金属圆环12的内直径和高度，并通过大量试验进行验证，从而确定了轴向模螺旋天线最佳参数。

[0029] 实施例1

[0030] 辐射杯体1的内直径为0.9λ，高度为0.317λ；轴比展宽三角槽11的数目为6，三角形张角为97.2°，深度为0.13λ；轴比对称金属圆环12的内直径为0.53λ，其内直径与第一圈螺旋直径的差值为0.236λ，高度等于第一圈螺旋线起始位置距离辐射杯体1内底面高度与第二圈螺旋线起始位置距离辐射杯体1内底面高度之和的一半，为0.097λ。

[0031] 最终测试所得的螺旋天线轴比方向图如图3所示，图4为经典设计的螺旋天线轴比测试方向图。对比可以看出，本发明的轴向模螺旋天线的轴比，在±40°张角内的轴比小于1dB，而经典设计的轴向模螺旋天线在±40°张角内的轴比小于2.5dB，本发明螺旋天线在大照射张角内的轴比特性更佳优异，且轴比方向图更加对称。

[0032] 以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

[0033] 本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。