[发明专利]高功率低轮廓螺旋天线及其构成的天线阵列

说明书

本发明涉及高功率微波技术领域。本发明公开了一种高功率低轮廓螺旋天线，包括同轴波导，反射背腔，螺旋体和匹配球体，所述同轴波导的内导体顶端与匹配球体连接，所述匹配球体与螺旋体连接，所述螺旋体上升方向指向内导体延长线方向，所述同轴波导的外导体与反射背腔连接，所述反射背腔置于同轴波导外导体的顶端，所述反射背腔直径＞同轴波导外径，所述螺旋体至少部分置于反射背腔内。本发明同时公开了一种高功率低轮廓螺旋天线阵列，由N个螺旋天线排列成阵列构成，N≥2。本发明的高功率低轮廓螺旋天线具有反射小、功率容量高、轴向尺寸短的特点，非常适合天线阵列组阵。

技术领域

本发明涉及高功率微波技术领域，特别是高功率微波辐射领域，具体涉及一种新型高功率低轮廓螺旋天线。

背景技术

近年来，高功率微波辐射技术发展迅速，由于阵列天线易于实现天线的高增益、高效率、高功率和圆极化辐射等而受到广泛重视。高功率径向线阵列是一种适用于高功率应用的新型辐射天线，现已有高功率圆阵[李相强；赵柳；陈晓波.GW级高功率径向线螺旋阵列天线,西南交通大学学报，2009]、矩形栅格高功率矩形阵[马睿，刘庆想，李相强.64单元矩形径向线阵列天线馈电网络的设计,强激光与粒子束，2011]和三角形栅格高功率矩形阵[马睿，刘庆想，李相强.64单元矩形径向线阵列天线馈电网络的设计,强激光与粒子束，2013]等多种阵列布局结构。为了实现阵列天线的圆极化，高功率径向线阵列天线均采用螺旋天线作为单元天线。

螺旋天线应用广泛，其形式有很多种。最早由美国科学家John D Kraus在实验中发现其可在轴向辐射圆极化波，之后学者们根据实际应用需求的不同，提出了多种不同类型和结构的螺旋天线，例如根据螺旋天线绕成的形状不同，可将螺旋天线分为圆柱形螺旋天线、圆锥形螺旋天线、平面螺旋天线等。圆柱形螺旋天线[John D Kraus.50-OHM INPUTIMPEDANCE FOR HELICAL BEAM ANTENNAS.IEEE Transactions on Antennas andPropagation.1977]是将金属导线绕制成一定尺寸的圆柱形螺旋线,其一端处于自由状态,另一端用同轴线内导体馈电,馈电端的金属接地板与同轴线的外导体相连。轴向辐射状态的圆柱螺旋天线具有以下的特点:沿天线轴线方向有最强的辐射、辐射场是圆极化场、沿螺旋导线传播的电流波是行波、输入阻抗近似地等于纯电阻、频带较宽。圆锥螺旋天线[胡慧琳；谭云华；朱柏承；圆锥对数螺旋天线辐射特性的理论分析,电波科学学报，2011]较圆柱螺旋天线具有更宽的频带，并更能满足波瓣宽度的要求，且具有螺旋天线宽波束圆极化，体积小，重量轻，结构稳定，增益较高等特点，在各种参数的改变下，被广泛应用于卫星通信中。平面螺旋天线[李卉.一种新型平面阿基米德螺旋天线的分析与设计.雷达与对抗，2006]已经发展了几十年，相对于国内的技术水平，国外发展的比较成熟。人们较为熟悉的阿基米德平面螺旋天线是一种宽频带天线，因其结构紧凑、尺寸小、重量轻而得以广泛应用[温斌.低轮廓、圆极化阿基米德螺旋天线的研究.硕士论文，2014]。如今这种天线在探地雷达中得到较好的探测效果。