一種高功率容量帶背腔的雙分支螺旋天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高功率容量帶背腔的雙分支螺旋天線，包括同軸內(nèi)導(dǎo)體、與同軸內(nèi)導(dǎo)體的上端相接的豎直延長(zhǎng)段，與豎直延長(zhǎng)段的側(cè)壁相接且以豎直延長(zhǎng)段軸線為中心螺旋的第一螺旋分支，與豎直延長(zhǎng)段頂部相接且以豎直延長(zhǎng)段軸線為中心螺旋的第二螺旋分支，設(shè)于同軸內(nèi)導(dǎo)體外圍的同軸外導(dǎo)體，與同軸外導(dǎo)體的頂部相接并設(shè)于同軸內(nèi)導(dǎo)體外圍的背腔底板，與背腔底板的頂部相接并設(shè)于豎直延長(zhǎng)段外圍的背腔側(cè)壁。本發(fā)明采用雙分支螺旋串聯(lián)的形式實(shí)現(xiàn)微波輻射，巧妙地在豎直延長(zhǎng)段上不同位置處分別引出兩端螺旋分支，從而將高頻電流分流成兩部分，有效地解決了原來單分支螺旋天線中的電場(chǎng)集中問題，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以顯著提高螺旋天線的功率容量。
【專利說明】
一種高功率容量帶背腔的雙分支螺旋天線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于微波輻射領(lǐng)域，特別是高功率容量微波輻射天線領(lǐng)域，具體涉及一種高功率容量帶背腔的雙分支螺旋天線。
【背景技術(shù)】
[0002]高功率微波輻射技術(shù)是高功率微波技術(shù)的重要組成部分，高功率微波輻射天線的研究越來越受到人們的重視。高功率徑向線螺旋陣列天線是近年來提出并發(fā)展起來的一種新型高功率微波輻射天線，它可以實(shí)現(xiàn)高功率微波的定向輻射，具有高功率容量、高效率、小型化、陣列化等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]在高功率徑向線螺旋陣列天線中，采用軸向模輻射的螺旋天線作為單元天線。前述相關(guān)研究已經(jīng)表明，單元天線是實(shí)現(xiàn)整個(gè)陣列天線功率容量要求的核心環(huán)節(jié)。因此為了提高陣列天線的功率容量，探索實(shí)現(xiàn)具有更高功率容量的單元天線具有重要的意義。根據(jù)高功率徑向線螺旋陣列天線的特點(diǎn)，其單元天線需要滿足的要求包括:具有較高的功率容量，能夠?qū)崿F(xiàn)橢圓極化，采用同軸波導(dǎo)饋電等。
[0004]在前述相關(guān)研究中，所采用的螺旋天線均為單分支的形式，其基本結(jié)構(gòu)為:天線由同軸內(nèi)導(dǎo)體饋電，同軸內(nèi)導(dǎo)體向上延伸一段距離后與一水平方向的橫桿相連，橫桿末端連接一段與同軸波導(dǎo)共軸的少匝數(shù)螺旋線。研究表明，在同軸內(nèi)導(dǎo)體延伸段與橫桿連接處、橫桿與螺旋線連接處，由于結(jié)構(gòu)突變，容易成為電場(chǎng)集中的位置，使得單元天線的功率容量降低，一般情況下都會(huì)成為陣列天線的功率容量瓶頸。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)同軸饋電的螺旋天線進(jìn)行了大量的研究，但都沒有關(guān)注其功率容量，因此尚沒有能夠滿足更高功率容量需求的螺旋天線的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種高功率容量帶背腔的雙分支螺旋天線，該螺旋天線在滿足同軸波導(dǎo)饋電、橢圓極化輻射的前提下，可較大幅度地提高單元天線的功率容量，可用于解決高功率徑向線螺旋陣列天線中單元天線功率容量不足的問題，也可用于其它要求高功率容量的應(yīng)用場(chǎng)合。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0007]—種高功率容量帶背腔的雙分支螺旋天線，包括同軸內(nèi)導(dǎo)體、與同軸內(nèi)導(dǎo)體的上端相接的豎直延長(zhǎng)段，與豎直延長(zhǎng)段的側(cè)壁相接且以豎直延長(zhǎng)段軸線為中心螺旋的第一螺旋分支，與豎直延長(zhǎng)段頂部相接且以豎直延長(zhǎng)段軸線為中心螺旋的第二螺旋分支，設(shè)于同軸內(nèi)導(dǎo)體外圍的同軸外導(dǎo)體，與同軸外導(dǎo)體的頂部相接并設(shè)于同軸內(nèi)導(dǎo)體外圍的背腔底板，與背腔底板的頂部相接并設(shè)于豎直延長(zhǎng)段外圍的背腔側(cè)壁。
[0008]本發(fā)明的工作原理是:微波由同軸波導(dǎo)輸入，在同軸內(nèi)導(dǎo)體上激勵(lì)起高頻電流，該高頻電流通過豎直延長(zhǎng)段分流至第一個(gè)螺旋分支和第二個(gè)螺旋分支;第一個(gè)螺旋分支和第二個(gè)螺旋分支均采用軸向模工作的短螺旋天線形式，分別在其軸向輻射橢圓極化波。通過采用背腔結(jié)構(gòu)，降低相鄰螺旋天線之間的互耦影響。
[0009]本發(fā)明采用雙分支螺旋串聯(lián)的形式實(shí)現(xiàn)微波輻射，巧妙地在豎直延長(zhǎng)段上不同位置處分別引出兩端螺旋分支，從而將高頻電流分流成兩部分，有效地解決了原來單分支螺旋天線中的電場(chǎng)集中問題，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以顯著提高螺旋天線的功率容量。
[0010]具體地，所述同軸內(nèi)導(dǎo)體、豎直延長(zhǎng)段、第一螺旋分支、第二螺旋分支、同軸外導(dǎo)體、背腔底板以及背腔側(cè)壁的軸線重合。
[0011 ]進(jìn)一步地，所述第一螺旋分支的起始點(diǎn)與第二螺旋分支的起始點(diǎn)在初始方向上存在夾角。第一個(gè)螺旋分支的起始點(diǎn)與第二個(gè)螺旋分支的起始點(diǎn)在初始方向上呈一定角度，從而通過空間相位差來補(bǔ)償兩個(gè)螺旋分支因饋電點(diǎn)不同引起的饋電相位差，使其在空間實(shí)現(xiàn)同相疊加。
[0012]更進(jìn)一步地，所述第二螺旋分支的螺旋半徑比第一螺旋分支的螺旋半徑略小。以使第一個(gè)螺旋分支實(shí)現(xiàn)良好的輻射。
[0013]作為優(yōu)選，所述第一螺旋分支和第二螺旋分支均包括一次成型的三段導(dǎo)線，其中，第一段均為具有升角的圓弧形導(dǎo)線，第二段均為平滑過渡段，第三段均為少匝數(shù)、小螺距的螺旋線。所述豎直延長(zhǎng)段頂部、第一螺旋分支的末端、第二螺旋分支的末端為球缺結(jié)構(gòu)。這樣可以盡量平滑螺旋天線中的結(jié)構(gòu)突變，有利于提高天線的功率容量。
[0014]作為優(yōu)選，所述同軸外導(dǎo)體的內(nèi)表面、背腔底板的內(nèi)表面、背腔側(cè)壁的內(nèi)表面均為圓筒形。背腔側(cè)壁的外表面、背腔底板的外表面的形狀與該天線使用環(huán)境的允許形狀相同。這樣使得該天線可以應(yīng)用于各種柵格形式的陣列天線中。所述同軸外導(dǎo)體和背腔底板的內(nèi)徑相同均大于同軸內(nèi)導(dǎo)體的外徑且小于第一螺旋分支的外徑，背腔側(cè)壁的內(nèi)徑大于第一螺旋分支的外徑。
[0015]另外，所述同軸內(nèi)導(dǎo)體、豎直延長(zhǎng)段、第一個(gè)螺旋分支、第二個(gè)螺旋分支、同軸外導(dǎo)體內(nèi)壁、背腔底板上表面、背腔側(cè)壁均由金屬制成，或由介質(zhì)材料表面鍍金屬膜制成。整個(gè)螺旋天線可通過現(xiàn)有加工方式容易地實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明-實(shí)施例雙分支螺旋天線的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明-實(shí)施例的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3為本發(fā)明-實(shí)施例用于一高功率徑向線螺旋陣列天線中的陣面示意圖。
[0019]圖4為本發(fā)明-實(shí)施例單個(gè)螺旋天線的連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖5為本發(fā)明-實(shí)施例用于一高功率徑向線螺旋陣列天線的軸比圖。
[0021 ]其中，附圖中標(biāo)記對(duì)應(yīng)的零部件名稱為:
[0022]!一同軸內(nèi)導(dǎo)體，2—豎直延長(zhǎng)段，2b—豎直延長(zhǎng)段頂部，3—第一螺旋分支，3a—第一螺旋分支第一段，3b一第一螺旋分支第二段，3c一第一螺旋分支第三段，4一第二螺旋分支，4a—第二螺旋分支第一段，4b—第二螺旋分支第二段，4c 一第二螺旋分支第三段，5—同軸外導(dǎo)體，5a—同軸外導(dǎo)體內(nèi)壁，6—背腔底板，6a—背腔底板上表面，7—背腔側(cè)壁，7a—背腔側(cè)壁的內(nèi)表面，8—饋電系統(tǒng)，9 一親合探針，10—頂板。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。
[0024]實(shí)施例
[0025]如圖1和圖2所示，一種高功率容量帶背腔的雙分支螺旋天線，同軸內(nèi)導(dǎo)體1、豎直延長(zhǎng)段2、第一螺旋分支3、第二螺旋分支4、同軸外導(dǎo)體5、背腔底板6、背腔側(cè)壁7;其中，豎直延長(zhǎng)段2與同軸內(nèi)導(dǎo)體I的上端相接，第一螺旋分支3與豎直延長(zhǎng)段2—定高度處的側(cè)壁相接，第二螺旋分支4與豎直延長(zhǎng)段2頂部相接，第一螺旋分支3、第二螺旋分支4均以同軸內(nèi)導(dǎo)體I為中心螺旋延伸，同軸外導(dǎo)體5設(shè)于同軸內(nèi)導(dǎo)體I外圍，背腔底板6與同軸外導(dǎo)體5的頂部相接并設(shè)于同軸內(nèi)導(dǎo)體I外圍，背腔側(cè)壁7與背腔底板6的頂部相接并設(shè)于豎直延長(zhǎng)段2外圍。在本實(shí)施例中，同軸外導(dǎo)體5和背腔底板6的內(nèi)徑相同均大于同軸內(nèi)導(dǎo)體I的外徑且小于第一螺旋分支3的外徑，背腔側(cè)壁7的內(nèi)徑大于第一螺旋分支3的外徑，背腔底板6和背腔側(cè)壁7的外徑相同且大于同軸外導(dǎo)體5的外徑。
[0026]同軸內(nèi)導(dǎo)體1、豎直延長(zhǎng)段2、第一螺旋分支3、第二螺旋分支4、同軸外導(dǎo)體5、背腔底板6以及背腔側(cè)壁7的軸線重合;第一螺旋分支3的起始點(diǎn)與第二螺旋分支4的起始點(diǎn)在初始方向上呈一定角度。
[0027]本實(shí)施例中，同軸內(nèi)導(dǎo)體1、豎直延長(zhǎng)段2、第一螺旋分支3、第二螺旋分支4、同軸外導(dǎo)體5內(nèi)壁5a、背腔底板6上表面6a、背腔側(cè)壁7均由介質(zhì)材料表面鍍金屬膜制成。
[0028]本實(shí)施例中，第一螺旋分支3由三段導(dǎo)線組成，分別為第一螺旋分支第一段3a、第一螺旋分支第二段3b、第一螺旋分支第三段3c，第一螺旋分支第一段3a為有一定升角的圓弧形導(dǎo)線，第一螺旋分支第二段3b為平滑過渡段，第一螺旋分支第三段3c為少匝數(shù)、小螺距的螺旋線。第二螺旋分支4由三段導(dǎo)線組成，分別為第二螺旋分支第一段4a、第二螺旋分支第二段4b、第二螺旋分支第三段4c，第二螺旋分支第一段4a為有一定升角的圓弧形導(dǎo)線，第二螺旋分支第二段4b為平滑過渡段，第二螺旋分支第三段4c為少匝數(shù)、小螺距的螺旋線;本實(shí)施例的豎直延長(zhǎng)段頂部2b處、第一螺旋分支3的末端、第二螺旋分支4的末端為球缺結(jié)構(gòu)。
[0029]本實(shí)施例中，背腔側(cè)壁7的內(nèi)表面7a為圓筒形，背腔側(cè)壁7的外表面、背腔底板6的外表面在軸向的投影為正方形。
[0030]本實(shí)施例中，第二螺旋分支第三段4c的螺旋半徑比第一螺旋分支第三段3c的螺旋半徑略小。
[0031]圖3、圖4為本實(shí)施例用于一高功率徑向線螺旋陣列天線中的陣面示意圖和單個(gè)螺旋天線的連接結(jié)構(gòu)示意圖。圖中示出，該陣列天線由28個(gè)本實(shí)施例的螺旋天線組成，這28個(gè)螺旋天線按照4X8的矩形柵格形式排列，中間4個(gè)單元由于輸入口尺寸的限制被去掉。對(duì)于每一個(gè)螺旋天線，其同軸內(nèi)導(dǎo)體I均與陣列天線饋線系統(tǒng)8中的耦合探針9相連;背腔側(cè)壁7的外表面、背腔底板6的外表面在軸向的投影為正方形，且邊長(zhǎng)等于單個(gè)螺旋天線(單元天線)之間的間距;這樣所有螺旋天線的背腔側(cè)壁和背腔底板連在一起形成一個(gè)整體，稱為陣列天線饋電系統(tǒng)的頂板10。
[0032]當(dāng)微波工作頻率為12.5GHz時(shí)，本實(shí)施例的具體尺寸為:同軸內(nèi)導(dǎo)體I直徑2.5mm;豎直延長(zhǎng)段直徑2.5mm，高度5.5mm;第一螺旋分支3起始點(diǎn)距背腔底板6的距離1.7mm，第一螺旋分支第一段3a，第一螺旋分支第二段3b為平滑過渡段，第一螺旋分支第三段3c的匝數(shù)為0.74，螺旋半徑為4.5mm;第二螺旋分支4起始點(diǎn)距背腔底板6的距離6mm，第二螺旋分支第一段4a，第二螺旋分支第二段4b為平滑過渡段，第二螺旋分支第三段4c的匝數(shù)為0.67，螺旋半徑為3.5mm;第一螺旋分支3的起始點(diǎn)與第二螺旋分支4的起始點(diǎn)在初始方向上呈60°角度；同軸外導(dǎo)體5內(nèi)直徑6.6mm;背腔側(cè)壁7的內(nèi)表面7a直徑14.9mm，高度7.4mm;背腔側(cè)壁7的外表面、背腔底板6的外表面在軸向投影正方形的邊長(zhǎng)15.9mm;豎直延長(zhǎng)段頂部2b處球缺2.7mm，第一螺旋分支3末端的半球直徑2mm，第二螺旋分支4末端的半球直徑2.1mm。
[0033]如圖5所示，仿真結(jié)果表明:本實(shí)施例在上述28單元高功率徑向線螺旋陣列天線中使用后，陣列天線的軸向增益、軸比、電場(chǎng)幅值最大值2372V/m(輸入功率為0.5W)。這說明該螺旋天線用于陣列天線中可獲得良好的軸向圓極化輻射;若將該陣列天線置于一個(gè)氣壓SF6氣體中，取電場(chǎng)擊穿閾值為7.5MV/m，則該陣列天線陣面部分的功率容量為10MW，每個(gè)螺旋天線的平均功率容量為0.36MW。
[0034]按照上述實(shí)施例，便可很好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。值得說明的是，基于上述設(shè)計(jì)原理的前提下，為解決同樣的技術(shù)問題，即使在本發(fā)明所公開的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上做出的一些無實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)或潤色，所采用的技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)仍然與本發(fā)明一樣，故其也應(yīng)當(dāng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高功率容量帶背腔的雙分支螺旋天線，其特征在于，包括同軸內(nèi)導(dǎo)體、與同軸內(nèi)導(dǎo)體的上端相接的豎直延長(zhǎng)段，與豎直延長(zhǎng)段的側(cè)壁相接且以豎直延長(zhǎng)段軸線為中心螺旋的第一螺旋分支，與豎直延長(zhǎng)段頂部相接且以豎直延長(zhǎng)段軸線為中心螺旋的第二螺旋分支，設(shè)于同軸內(nèi)導(dǎo)體外圍的同軸外導(dǎo)體，與同軸外導(dǎo)體的頂部相接并設(shè)于同軸內(nèi)導(dǎo)體外圍的背腔底板，與背腔底板的頂部相接并設(shè)于豎直延長(zhǎng)段外圍的背腔側(cè)壁。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率容量帶背腔的雙分支螺旋天線，其特征在于，所述同軸內(nèi)導(dǎo)體、豎直延長(zhǎng)段、第一螺旋分支、第二螺旋分支、同軸外導(dǎo)體、背腔底板以及背腔側(cè)壁的軸線重合。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率容量帶背腔的雙分支螺旋天線，其特征在于，所述第一螺旋分支的起始點(diǎn)與第二螺旋分支的起始點(diǎn)在初始方向上存在夾角。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率容量帶背腔的雙分支螺旋天線，其特征在于，所述第二螺旋分支的螺旋半徑比第一螺旋分支的螺旋半徑略小。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率容量帶背腔的雙分支螺旋天線，其特征在于，所述第一螺旋分支和第二螺旋分支均包括一次成型的三段導(dǎo)線，其中，第一段均為具有升角的圓弧形導(dǎo)線，第二段均為平滑過渡段，第三段均為少匝數(shù)、小螺距的螺旋線。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率容量帶背腔的雙分支螺旋天線，其特征在于，所述豎直延長(zhǎng)段頂部、第一螺旋分支的末端、第二螺旋分支的末端為球缺結(jié)構(gòu)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率容量帶背腔的雙分支螺旋天線，其特征在于，所述同軸外導(dǎo)體的內(nèi)表面、背腔底板的內(nèi)表面、背腔側(cè)壁的內(nèi)表面均為圓筒形。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高功率容量帶背腔的雙分支螺旋天線，其特征在于，所述同軸外導(dǎo)體和背腔底板的內(nèi)徑相同均大于同軸內(nèi)導(dǎo)體的外徑且小于第一螺旋分支的外徑，背腔側(cè)壁的內(nèi)徑大于第一螺旋分支的外徑。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種高功率容量帶背腔的雙分支螺旋天線，其特征在于，所述同軸內(nèi)導(dǎo)體、豎直延長(zhǎng)段、第一個(gè)螺旋分支、第二個(gè)螺旋分支、同軸外導(dǎo)體內(nèi)壁、背腔底板上表面、背腔側(cè)壁均由金屬制成，或由介質(zhì)材料表面鍍金屬膜制成。
【文檔編號(hào)】H01Q21/06GK106025577SQ201610364052
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月25日
【發(fā)明人】劉慶想, 梁源, 李相強(qiáng), 張健穹
【申請(qǐng)人】西南交通大學(xué), 劉慶想, 梁源, 李相強(qiáng), 張健穹