[发明专利]宽频带背射螺旋天线

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域的天线技术，特别是一种对宽频带特性和圆极化特性要求较高的天线。

背景技术

以振子或者交叉振子作为初级辐射器的背射天线有相关的文献报道，这类天线一般由初级辐射器和圆柱形反射腔两部分组成，圆柱形反射腔将初级辐射器背射的电磁波转换为高增益前向辐射的电磁波。但是这类天线有三个缺点：一是天线带宽比较窄，一般相对带宽约为10％，这是因为背射天线的带宽是由初级辐射器的带宽决定的，而振子或者交叉振子本身的带宽比较窄，这无法满足现代通信容量对于天线带宽的要求；二是天线圆极化特性很难能在宽频带范围内能得到满足，只在较窄的频带范围内具有较好的圆极化轴比，在宽频带范围内圆极化轴比变差，甚至大于3dB，交叉极化分量急剧增大，也无法满足现代通信对于天线圆极化特性的要求，因为现代数字通信的先进高效调制方式对圆极化天线的轴比和交叉极化有严格的要求；三是背射天线一般采用圆柱形反射腔，但这种常规的反射腔体无法保证天线在给定口径尺寸下天线增益最大。

经专利检索，与本发明专利内容密切相关的具体如下：专利号：ZL93222793.7的“一种高性能短背射天线”，公开的背射天线由初级辐射器和圆柱形反射腔两部分组成，圆柱形反射腔将初级辐射器背射的电磁波转换为高增益前向辐射的电磁波，但只是频带较窄，并非圆极化工作，而是线极化工作。线极化天线在高速动态载体上使用会产生较大的信号衰落。专利号：ZL96108158.9的“圆极化背射天线”，由初级辐射器和圆柱形反射腔两部分组成，圆柱形反射腔将初级辐射器背射的电磁波转换为高增益前向辐射的电磁波，该背射天线采用螺旋天线作为初级辐射器，天线为圆极化，但是属于窄频带天线，可分别用于UHF、L、S、C、X等频段，且该天线采用标准圆柱形反射腔，无法使天线增益最大，最小增益仅为2.0dB；文中未提及圆极化轴比的情况。

经非专利文献检索，与本发明专利内容密切相关的具体如下：文献“AMicrostrip Patch-Fed Short Backfire Antenna for the Tracking and Data RelaySatellite System-Continuation(TDRSS-C)Multiple Access(MA)Array，”(IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium，09-14July，2006，pp521-524)描述了一种采用微带贴片天线作为初级辐射器的背射天线，由于微带贴片天线本身频带较窄，所以该背射天线频带较窄，且该背射天线为线极化工作。文献“Development of a wide-band short backfire antennaexcited by an unbalance-fed H-shaped slot”(IEEE Transactions on Antennasand Propagation，Vol.53，no.2，Feb.2005，pp662_671)描述了一种采用H型缝隙作为初级辐射器的背射天线，该天线为线极化工作。

发明内容

本发明的技术解决问题是：提供一种相对带宽大于30％，宽频带范围内圆极化轴比小于1.5dB的天线。本发明进一步要解决的问题是，在上述带宽和圆极化轴比的基础上，提高天线的最小增益。

本发明的技术解决方案是：宽频带背射螺旋天线，包括馈电组件、初级辐射器和反射腔。馈电组件由连接柱、过渡馈电介质、变换馈电介质、馈电外导体、馈电内导体、电缆、电连接器顺次连接组成，形成一段具有阻抗变换的宽带匹配传输线；初级辐射器由金属螺旋线绕在螺旋线介质支撑上形成；反射腔包括反射体托盘和反射腔体；螺旋线介质支撑固定连接在反射体托盘中心，馈电组件连接在反射体托盘上，馈电内导体通过连接柱与螺旋线的下端连接。

所述变换馈电介质内填充的介质为空气。

所述反射腔体为赋形反射腔体，形状为反射腔体边缘轮廓线围绕螺旋天线轴线旋转360度。赋形反射腔体边缘轮廓线与水平地面的夹角为10～20度。

本发明的宽频带背射螺旋天线工作原理为：螺旋初级辐射器产生背向辐射模式方向图(因为螺旋天线有三种辐射模式，背向辐射是其中一种)，背向辐射的电磁能量投射到赋形反射腔上之后，通过反射腔以更集中的方式(即相对于初级辐射器更高的增益)前向辐射。