[发明专利]基于集成馈电结构的超宽带平面螺旋天线装置

说明书

本发明涉及一种体积小、工作可靠的基于集成馈电结构的超宽带平面螺旋天线装置，其特征在于设有位于同一个单层印刷电路基板上的天线辐射器和馈电巴伦机构，所述天线辐射器采用超宽带阿基米德螺旋天线辐射器，所述馈电巴伦机构采用共面波导到共面带状线转换巴伦，其中馈电巴伦机构中的馈电线与天线辐射器采用金属过孔直接连接；所述馈电巴伦机构设有特性阻抗渐变的共面波导、圆形缝隙谐振腔、金属跳线和带状线，其中共面波导为不平衡端口，带状线为平衡端口，二者中间的部分实现了不平衡信号到平衡信号的转换；金属地板的形状和尺寸，以及圆形缝隙谐腔组成阻抗调配和调谐网络，实现阿基米德螺旋天线辐射器和集成巴伦的阻抗匹配。

技术领域：

本发明涉及宽带天线传感器制造技术领域，具体的说是一种能够适应现代雷达高分辨率要求、体积小、工作可靠的基于集成馈电结构的超宽带平面螺旋天线装置。

背景技术：

随着科学技术的不断发展，电子技术在军事领域的应用日益广泛，几乎全部的现代化武器系统都依赖于电子系统的技术效能。由于在现代战争中，电磁环境越来越复杂，电子对抗的地位也变得越来越重要。虽然传统的干扰和抗干扰方式已有相应的措施与之抗衡，但是随着新体制雷达的不断出现和发展，电子对抗出现了更大的挑战。电子对抗技术要求具有对低载获雷达的信息截获能力以及对宽带大功率雷达的干扰能力，由于系统带宽的不断提高，这就要求收发天线的带宽必须不断展宽来适应现代雷达的高分辨率。

超宽带是根据信号的相对带宽来定义的，通常认为相对带宽大于25％的信号属于超宽带信号。扩展天线带宽的原理和方法包括角形结构天线、自补结构天线、自相似天线、增大电流辐射面积、补偿与加载等。常见的超宽天线的类型有平面等角螺旋、平面阿基米德螺旋、渐变缝隙天线、对数周期和正弦天线等。平面等角螺旋天线是一种频率无关天线，最早由Rumsey和Dyson等人提出，现在它被广泛迎应用于宽频带被动测向系统中。平面阿基米德螺旋天线在20世纪50年代被提出来。阿基米德螺旋天线具有宽频带、圆极化辐射、方向图形状及输入阻抗随频率变化小、半功率波瓣宽度大、口径面小等特点，能够平齐安装，属于低轮廓天线，因此在飞行器上得到了较为广泛的应用。Gibson在1979年提出一种行波天线，称之为Vivaldi天线，该天线具有非周期、渐变和端射的特点。这种天线是由较窄的槽线过渡到较宽的槽线构成的，槽线按照指数规律变化，将介质板的槽线逐渐加大，形成喇叭口向外辐射电磁波。这种天线是一种高增益、线极化的天线，可以做成随频率变化具有恒定增益的天线，在设计频段内具有相同的波束宽度，理论上具有无限带宽。对数周期天线是一种非频变天线，它除了具有很好的宽带特性外，还具有结构简单、容易实现、性能优良的特点，自从问世以来，对数周期天线就在微波、超短波、短波波段中广泛应用于测向、无线通信、电子对抗等领域。曲折臂天线具有平面型、宽频带、全极化和单孔径的特点，它是具有全部这四个特点的第一种天线。曲折臂天线在单一口径中包含两个正交极化的线天线，此正交极化的线天线具有极宽的频带能力。当圆极化波到达均匀物体时会反射极化反向的圆极化波。此外，圆极化天线可以接收任意极化来波的同时，它的散射波也可以被任意极化天线所接收。因此，为了发射和接收天线可以灵活定向且避免严重的极化失配，圆极化天线在雷达、无线通信和导航等领域引起了广泛关注。而印刷天线由于低剖面、结构简单、易于加工的优点也同样受到关注。因此圆极化印刷微带天线成为大量学者的研究方向。在近几年的圆极化天线研究中，双馈圆极化天线比单馈圆极化天线具有更宽的阻抗带宽和轴比带宽，但为了达到双馈点90°的相位差，往往需要复杂的馈电网络。如何利用单点馈电达到宽带圆极化，成为了圆极化天线的新课题。国内外学者在这方面做了大量研究，设计了多种天线形式(如介质谐振天线、可重构贴片天线、单极天线以及印刷缝隙天线)。

发明内容：

本发明针对传统的超宽带平面螺旋天线馈电结构复杂，加工较为困难，工艺实现需要焊接等问题，提出了一种整个天线采用印刷电路工艺实现，易于设计和加工，特别是在高频段，能够保证设计时的精度，获得更好的一致性的基于集成馈电结构的超宽带平面螺旋天线装置。

本发明通过以下措施达到：