[发明专利]一种超宽带低剖面印刷型圆极化螺旋天线

说明书

技术领域

本发明涉及天线领域，尤其涉及的是一种超宽带低剖面印刷型圆极化螺旋天线。

背景技术

在传统的天线家族中，具有圆极化辐射特性的天线包括微带贴片天线、多馈点四臂螺旋天线（Quadrifilar Helical Antenna）、平面螺旋天线（Spiral Antenna）和轴向模螺旋天线（Axial-Mode Helical Antenna）等。

其中，单馈点的圆极化微带贴片天线的工作带宽较窄（一般在3%以内）。

四臂螺旋天线需要设计复杂的馈电网络来实现多馈点工作模式，天线结构复杂，并且天线增益较小（一般4dBi以下）。

平面螺旋天线具有宽频带、宽波束的特性，但由于它有两个辐射臂并且输入阻抗不能与50Ω激励源匹配，一般需要在天线与激励源之间加载一个平衡-不平衡变换器（Balanced-unbalanced, Balub）和输入阻抗变换器（通常用一个装置实现两种功能）。

传统的轴向模螺旋天线具有单馈点、宽频带、高增益和窄波束的特性，其输入阻基本呈电阻性，在100Ω-150Ω之间。不足的是，由于传统的轴向模螺旋天线所需的螺旋圈数较多（一般多于6圈），上升角α较大（一般大于12°），所以其高度较高，不适用于现代无线通信系统的小型终端上。

为了减少螺旋所绕圈数并降低天线的整体高度，日本科学家H. Nakano理论分析并设计了一系列的低剖面的轴向模螺旋天线。这类天线实现圆极化辐射所需的螺旋圈数较少（1-3圈），且上升角α在7°以下，因此其轴向高度较低。在辐射特性上，这类低剖面的轴向模螺旋天线的波束较宽，工作频带较窄，相对带宽在10%左右。与传统的轴向模螺旋天线相似，H. Nakano提出的这类天线的输入阻抗也呈现电阻性，在100Ω-150Ω之间，不能与常用的50Ω激励源直接匹配。

随后，H.T.Hui等研究人员提出了一系列的低剖面半球状螺旋天线（low-profile hemispherical helical antennas），这类天线的螺旋是用金属线沿半球状表面渐变绕制而成，其螺旋圈数一般为4-7圈。在辐射特性上，这类天线的工作带宽较窄，大约只有15%，且天线的阻抗特性与之前的轴向模螺旋天线相比并没有改进，输入阻抗呈现大于100Ω的纯电阻性，仍然需要在天线与50Ω激励源之间加载阻抗匹配装置。

2010年，有学者提出了一种的宽频带低剖面半球状螺旋天线，通过引入一个阻抗匹配装置，这种天线可实现与50Ω激励源阻抗匹配，其阻抗带宽超过50%，其圆极化轴比带宽只有约24%。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种超宽带低剖面印刷型圆极化螺旋天线，解决了现有技术中金属线螺旋天线的输入阻抗较大（大于100Ω），难以直接与50Ω激励源阻抗匹配，以及天线的剖面高度较大的缺陷。

本发明的技术方案如下：

一种超宽带低剖面印刷型圆极化螺旋天线，其中，包括：

设置成空心圆柱状的第一介质基板；

螺旋绕制设置在所述第一介质基板外表面的螺旋状金属片；

设置在所述第一介质基板底部并与所述第一介质基板相连接的第二介质基板，所述第二介质基板的横截面方向与所述第一介质基板的轴向垂直；

设置在所述第二介质基板底部并与所述第二介质基板相连接的用于接地的金属接地板。

所述超宽带低剖面印刷型圆极化螺旋天线，其中，所述螺旋状金属片为宽度固定的带状金属片。

所述超宽带低剖面印刷型圆极化螺旋天线，其中，所述螺旋状金属片的宽度为10mm-40mm。

所述超宽带低剖面印刷型圆极化螺旋天线，其中，所述螺旋状金属片的螺旋圈数为1.0-1.5圈。

所述超宽带低剖面印刷型圆极化螺旋天线，其中，所述螺旋状金属片的螺旋周长为                                                ，其中为天线中心工作频点的自由空间波长。

所述超宽带低剖面印刷型圆极化螺旋天线，其中，所述螺旋状金属片的螺旋上升角为10°-20°。

所述超宽带低剖面印刷型圆极化螺旋天线，其中，所述第一介质基板的介电常数等于所述第二介质基板的介电常数。

所述超宽带低剖面印刷型圆极化螺旋天线，其中，所述金属接地板为圆形，所述圆形半径大于所述螺旋状金属片的螺旋直径的二分之一。