[发明专利]线极化宽频带背射螺旋天线

说明书

技术领域

本发明属于无线通信领域的天线技术，特别涉及一种宽频带、高增益、线极化的背射螺旋天线设计。

背景技术

在静止轨道卫星上用来完成地面数据接收与转发功能的天线，工作在LS频段，要求实现全球覆盖波束，即在天线轴向±8度的范围内具有高增益，同时须采用已有的线极化工作方式的地面站系统，因此需求一种具有宽频带、高增益的线极化天线。

作为低频段高增益的天线来说，背射天线具有制作简单、可加工性好、成本低、重量轻等特点，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馈源的电磁波转换为高增益前向辐射的电磁波，因此可获得高增益，可作为优选。

背射天线的带宽和工作极化方式均是由初级馈源的选择决定的。常见的线极化工作的天线多采用振子和螺旋作为初级馈源。采用以振子或者交叉振子作为初级馈源的背射天线，这类天线一般工作在线极化，但由于振子或者是交叉振子本身的带宽比较窄，因此天线的一般相对带宽也较窄，增益方向图带宽约为10％，无法满足现代通信容量对于天线带宽的要求。而采用螺旋作为初级馈源的背射天线，这类天线具有宽频带的特性，然而其极化方式为圆极化，非线极化工作。

经检索，中国专利号：Z96108158.9的“圆极化背射天线”，该背射天线采用螺旋作为初级辐射器，由初级辐射器和圆柱形反射腔两部分组成，但该天线工作为圆极化方式，且该天线采用标准圆柱形反射腔，无法使天线增益最大。专利申请号“200710176520.8”的“带有螺旋馈源的圆极化短背射天线”，公开的背射螺旋天线由主反射器和副反射器、馈源、辅助支撑等几部分组成，工作原理是电波在主副两个反射器之间来回反射，也是实现圆极化波。专利申请号“200710176521.2”的“宽频带背射螺旋天线”，公开的背射天线由初级辐射器和赋形反射腔两部分组成，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，具有宽频带特性，但并非线极化，而是圆极化工作。

目前，国内外未见线极化宽频带背射螺旋天线的文献报道。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种高增益的线极化宽频带背射螺旋天线。

本发明的技术解决方案：线极化宽频带背射螺旋天线，由初级辐射器、馈电组件和反射腔组件组成，初级辐射器安装在反射腔组件的中心位置，由第一金属螺旋臂和第二金属螺旋臂双臂缠绕在介质支撑结构上形成；第一金属螺旋臂和第二金属螺旋臂在介质支撑结构上的对称位置开始缠绕，一个左旋，一个右旋，相隔每半圈出现相交叠部分；在第一金属螺旋臂和第二金属螺旋臂的底端安装有一金属板，金属板固定在介质支撑结构内，用于产生背向辐射模式方向图；馈电组件为同轴结构，由第一连接柱、第二连接柱、变换馈电介质、馈电内导体、馈电外导体和电连接器顺次连接而成；第一连接柱与第一金属螺旋臂固定连接，第二连接柱与第二金属螺旋臂固定连接，两个连接柱将两个螺旋臂与馈电内导体固定连接；馈电内导体和馈电外导体之间填充变换馈电介质，变换馈电介质用来进行阻抗匹配；电连接器的外导体与馈电外导体固定连接；电连接器的内导体插芯插入馈电内导体中；反射腔组件包括赋形反射腔和边环。

所述第一金属螺旋臂和第二金属螺旋臂具有相同的螺距、圈数和螺旋起始半径。

所述反射腔组件的赋性反射腔形状为抛物线围绕螺旋馈源轴线旋转360度形成，其抛物线方程为X²＝4fZ

其中，f为抛物线的焦距，X为抛物线在水平方向的值，Z为赋性反射腔的轴向高度，(X，Z)为抛物线的坐标值，随着轴向高度Z而变化。

所述边环由赋性反射腔边缘向上延伸一段λ/4的线段围绕螺旋馈源轴线旋转360度形成，其中λ为波长。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)与以振子或者交叉振子作为初级馈源的现有线极化天线相比，本发明采用双线螺旋臂逆绕的形式，保留了背射螺旋的宽频带特性，同时实现了线极化的工作模式，扩展了背射螺旋天线的应用范围。背射螺旋天线一般频带宽、增益高且以圆极化形式工作，而本发明采用相同尺寸的左旋螺旋臂和右旋螺旋臂共同组合构成背射螺旋天线的初级辐射器，电流分布在两条螺旋臂上，由于螺旋臂旋向相反，导致臂上电流等幅沿不同方向传输，通过左旋和右旋的分解叠加原理，一个方向相互抵消，一个方向相互叠加通过两螺旋臂的相互逆绕，最终形成线极化波，特别适合于需要高增益、宽频带、线极化方式工作的天线设计。