[发明专利]小型宽频带宽波束背腔平面单臂螺旋天线

说明书

本发明属于无线通信技术领域，公开了一种小型宽频带宽波束背腔平面单臂螺旋天线；设置有辐射基板、金属背腔、金属锥台以及金属底板；辐射基板位于平面单臂螺旋天线的最上层；金属背腔与金属锥台位于平面单臂螺旋天线中间层；金属底板位于平面单臂螺旋天线的最下层。本发明采用金属背腔、金属锥台的结构以及贴片电阻；同时实现天线的宽波束特性以及宽带特性，解决了传统圆极化天线的技术难题。本发明在保证天线高性能的同时，可以最大程度减小天线对载体的外形和空气动力学指标的影响。此外，本发明天线技术也可用于星载和机载的合成孔径相控阵列单元，有助于获得高性能的相控阵列天线。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种小型宽频带宽波束背腔平面单臂螺旋天线。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：圆极化天线广泛应用于移动通信领域。圆极化天线的特点主要包括：(1)极化损失小，对于工作姿态不稳定的通信设备来说，采用线极化可能导致收发天线的极化失配，降低系统的通信效率，而圆极化天线除了对反旋向圆极化天线有极化隔离外，对于大多数任意极化天线则可以有效的降低极化损失；(2)可以有效消除由电离层法拉第旋转效应引起的极化畸变影响；(3)可以减少雨雾天气对通信系统的干扰。

为了能在微波及以上波段，发射和接收微弱的电磁信号，一般要求发射和接收系统的天线有较宽的圆极化波束宽度，并能保持一定的低仰角增益。在移动通信系统中应用较为广泛的宽波束圆极化天线主要是微带圆极化天线和立体螺旋天线。微带天线是一种小型化天线，具有低剖面，易加工并可以实现圆极化，但其带宽较窄，损耗较大，即使带宽可以通过不同方式得到改善，但结构也变得相对复杂；立体螺旋天线有双锥螺旋、四臂螺旋等，具有较宽的圆极化辐射波束，可以在较低的仰角位置上保持较高的增益，但是其带宽较窄，轴向物理尺寸大，馈电网络结构复杂，对加工精度要求高，且花费成本较高。

在无线电技术领域中，圆极化天线的宽波束要求是很重要的技术指标，为适应当前高速大容量通信的需求，圆极化天线具有宽波束是发展趋势。一般天线的最大辐射方向位于天顶方向，随着照射角度的增加，天线的增益就会下降，低仰角增益就会很低，从而天线的波束宽度变窄。与此同时，波束宽度与天线的物理尺寸又是呈反比特性，一定尺寸下，保持较宽的频带特性，以及如何实现圆极化天线的宽波束特性是无线通信领域急需解决的难题。

波束较窄会使天线的低仰角方向增益下降明显，应用于阵列扫描时，扫描角度较窄(一般平面阵扫描角度在60°以下)，扫描范围达不到系统需求。应用于舰船或地面站，可采用多面阵的方式提高低仰角增益，但使用多副相控阵天线增加了使用成本；对于弹载、机载相控阵，其重量、体积和安装面积等都受到限制，波束较窄的天线组成的相控阵列完全达不到系统需求。因此在阵列规模有限的情况下尽可能提高阵列单元低仰角方向增益，展宽单元的波束宽度显得尤为重要。

综上所述，现有技术存在的问题是：移动通信中在天线高度受到限制，尺寸限定时，在保持宽频带特性的前提下，天线波束宽度较窄的问题。一般天线的最大辐射方向位于天顶方向，随着照射角度的增加，天线的增益下降，低仰角增益就会很低，天线的波束宽度变窄。

解决上述技术问题的难度和意义：

现有的天线宽波束技术，天线的物理尺寸都比较大，例如微带天线横向尺寸要大于0.8λ，而螺旋天线高度大于0.25λ，这样大的物理尺寸使得天线在小型化的应用上非常困难，比如作为相控阵天线的单元，无法满足低剖面紧凑阵列的需求。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种小型宽频带宽波束背腔平面单臂螺旋天线。

本发明是这样实现的，一种小型宽频带宽波束背腔平面单臂螺旋天线，所述小型宽频带宽波束背腔平面单臂螺旋天线设置有辐射基板、金属背腔、金属锥台以及金属底板；

所述辐射基板位于平面单臂螺旋天线的最上层；所述金属背腔与所述金属锥台位于平面单臂螺旋天线中间层；所述金属底板位于平面单臂螺旋天线的最下层；