CN111987427A - 一种超宽带低剖面阿基米德磁窗天线 - Google Patents
一种超宽带低剖面阿基米德磁窗天线 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111987427A CN111987427A CN202010687177.9A CN202010687177A CN111987427A CN 111987427 A CN111987427 A CN 111987427A CN 202010687177 A CN202010687177 A CN 202010687177A CN 111987427 A CN111987427 A CN 111987427A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- antenna
- archimedes
- arm
- dielectric plate
- spiral
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 10
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 4
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
- H01Q1/362—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith for broadside radiating helical antennas
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
- H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q17/00—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems
- H01Q17/001—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems for modifying the directional characteristic of an aerial
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
本发明涉及一种超带宽低剖面阿基米德磁窗天线,它包括介质板,对称铺设于所述介质板顶层和底层的阿基米德平面螺旋天线,所述阿基米德平面螺旋天线包括上下表面铺设的阿基米德螺旋线,所述阿基米德螺旋线以第一天线臂和第二天线臂为轴相互围绕形成所述阿基米德平面螺旋天线;在馈电中心处通过过孔连接所述介质板顶层和底层的所述第一天线臂和所述第二天线臂。本发明的优点在于:天线在介质板两面对称铺设双臂阿基米德螺旋天线,在满足天线轴比的情况下减小了天线的尺寸,降低了天线的剖面厚度;采用正弦曲折臂结构,使得螺旋天线圈数增加从而减少传输损耗,提高天线的效率。
Description
技术领域
本发明涉及超宽带微波技术领域,尤其涉及一种超宽带低剖面阿基米德磁窗天线。
背景技术
随着超宽带微波技术在军事和民用通讯领域的发展,人们对超宽带天线技术的需求也变得越来越强烈,特别是在超宽带雷达、导弹制导以及通信领域,超宽带天线是其关键技术之一。
减小平面阿基米德天线的尺寸和剖面高度一直以来是国内外研究的热点,由于阿基米德螺旋天线可以在一定维度内紧密绕行,使得其可以在低频率端也能保持良好辐射性能;因此利用平面阿基米德螺旋天线来做磁窗天线的辐射器是最理想的选择;在很多应用场景下,需要天线单向辐射电磁波,传统的做法是在距离天线背面λ/4距离位置处添加金属反射背腔来实现,但是这种方法会无形中增加整个天线的剖面,同时也严重的限制了天线工作的带宽特性。而且传统的方法会造成天线增益的降低,而利用EBG结构可以形成理想的磁导体(Perfect Magnetic Conductor,PMC),不同于理想电导体(Perfect ElectricConductor,PEC),PMC对入射电磁波的反射系数为+1,因此利用EBG的这种特性可以使天线的剖面进一步减小。
由于阿基米德螺旋天线的辐射阻抗大约188Ω左右,为了能和常用的传输线(50Ω,75Ω)阻抗匹配,一般需要设计微带渐变巴伦。微带巴伦可以进行阻抗变换,实现传输线到天线之间的低损耗的传输,还可以将传输线中非平衡的激励逐渐过渡为平衡的激励来给双臂阿基米德天线馈电。但是,使用微带渐变巴伦也会增加天线的纵向剖面,并且增加了天线的尺寸,也会给设计和安装带来新的挑战,在超宽带磁窗天线设计中,由于实际磁体产生磁场强度B0随着离磁体表面的距离迅速下降,要想将平面阿基米德螺旋天线应用到磁窗天线中,就要保证阿基米德天线的纵向剖面尽可能的低,以增加磁场的作用距离;所以这种方式并不是最优的选择。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点,提供了一种超带宽低剖面阿基米德磁窗天线,天线的工作频率为1GHz~11GHz,并且在工作频率内轴比小于3dB,在工作频率内回波损耗S11小于-10dB,辐射圆极化波特性良好,天线的厚度小于1cm。
本发明的目的通过以下技术方案来实现:一种超带宽低剖面阿基米德磁窗天线,它包括介质板,对称铺设于所述介质板顶层和介质板底层的阿基米德平面螺旋天线,所述阿基米德平面螺旋天线包括上下表面铺设的阿基米德螺旋线,所述阿基米德螺旋线以第一天线臂和第二天线臂为轴相互围绕形成所述阿基米德平面螺旋天线;在馈电中心处通过过孔连接所述介质板顶层和介质板底层的所述第一天线臂和所述第二天线臂。
进一步地,从所述第一天线臂和第二天线臂围绕的第四圈开始采用正弦曲折臂结构,每一圈螺旋线有四十个正弦周期,正弦弯曲的振幅为1mm,以增加每圈螺旋线的长度。
进一步地,所述阿基米德平面螺旋天线通过50欧姆同轴线进行馈电;所述同轴线的内导体连接所述第一天线臂,外导体连接所述第二天线臂;或者所述同轴线的内导体连接所述第二天线臂,外导体连接所述第一天线臂。
进一步地,所述阿基米德平面螺旋天线的剖面厚度小于10mm,工作频率为1GHz~11GHz;所述介质板为EBG结构的介质板,其每个方形金属贴片单元边长为4mm,间距为2mm,相互之间通过焊接20欧姆贴片电阻连接。
本发明具有以下优点:
1、本发明的天线在介质板两面对称铺设双臂阿基米德螺旋天线,在满足天线轴比的情况下减小了天线的尺寸,降低了天线的剖面厚度。
2、采用正弦曲折臂结构,使得螺旋天线圈数增加从而减少传输损耗,提高天线的效率。
3、采用介质板两面对称铺设双臂阿基米德螺旋天线,在馈电中心处通过过孔连接介质板顶层和底层对称位置的双臂,使阿基米德天线的阻抗减小了一半,从而实现了与同轴线的良好的匹配。
4、采用同轴线进行馈电,而不需要再另外设计微带巴伦,从而减小了磁窗天线的纵向剖面,使整个天线的厚度不大于1cm。
5、具有良好的辐射圆极化波特性,将超宽带的阿基米德磁窗天线的两条曲折臂直接连接到50欧姆的同轴线。
6、具有良好的定向性,在天线包背部设计吸收腔,将天线的后向辐射能量吸收掉,实现单向辐射,纵向尺寸远远小于传统的反射腔。
附图说明
图1为本发明的阿基米德平面螺旋天线结构图;
图2为基板上下底层和顶层铺设阿基米德螺旋天线图;
图3为本发明的俯视图;
图4为本发明阿基米德平面螺旋天线用50欧姆同轴线直接馈电图;
图5为馈电图局部图;
图6为带有贴片天线的EBG介质板示意图
图7为本发明仿真和测试的回波损耗S11曲线坐标图;
图8为天线轴比仿真图;
图中:1-第一天线臂,2-第二天线臂,3-介质板,4-阿基米德平面螺旋天线,5-螺旋线,6-同轴线,7-内导体,8-外导体,9-介质板底层,10-介质板顶层,11-过孔,12-馈电中心。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和有点更加清楚,下面将结合本申请实施例中附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的保护范围,而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本发明做进一步的描述。
如图1和图2所示,一种超带宽低剖面阿基米德磁窗天线,它包括介质板3,对称铺设于所述介质板顶层10和介质板底层9的阿基米德平面螺旋天线4,所述阿基米德平面螺旋天线4包括上下表面铺设的阿基米德螺旋线5,所述阿基米德螺旋线5以第一天线臂1和第二天线臂2为轴相互围绕形成所述阿基米德平面螺旋天线4;在馈电中心12处通过过孔11连接所述介质板顶层10和介质板底层9的所述第一天线臂1和所述第二天线臂2。
从所述第一天线臂1和第二天线臂2围绕的第四圈开始采用正弦曲折臂结构,能够增加螺旋线5的长度,从而减少传输损耗,提高天线的效率和降低天线工作频率的目的;其中,正弦曲折臂即为在阿基米德螺旋天线中加入正弦波,每一圈螺旋线5有四十个正弦周期,正弦弯曲的振幅为1mm,以增加每圈螺旋线5的长度,能够增加天线小型化的程度。
进一步地,如图3所示,LEBG结构的介质板3是边长为71mm的正方形罗杰斯5880基板,其节点常数为2.2,厚度为1.575mm,阿基米德平面螺旋天线4通过4个塑料螺钉固定安装在介质板3上,且与介质板3之间的间隔约1.2mm。并在表面涂覆了抗氧化保护的绿油。
如图4和图5所示,所述阿基米德平面螺旋天线4通过50欧姆同轴线6进行馈电;在馈电中心12处通过过孔11连接介质板顶层10和介质板底层对称位置的双臂;可以将阿基米德平面天线4的输入阻抗减小一半,刚好直接与50欧姆的同轴线6实现较为良好的阻抗匹配。
进一步地,同轴线6的内导体7穿过过孔11连接所述第一天线臂1,外导体8穿过过孔11连接所述第二天线臂2;或者所述同轴线6的内导体连接所述第二天线臂2,外导体8连接所述第一天线臂1。
如图6所示,所述阿基米德平面螺旋天线4的剖面厚度小于10mm,进一步地约为7mm,工作频率为1GHz~11GHz,并且在工作频率内轴比小于3dB,在工作频率内回波损耗S11小于-10dB,辐射圆极化波特性良好;所述介质板3为EBG结构的介质板,其每个方形金属贴片单元边长为4mm,间距为2mm,相互之间通过焊接20欧姆贴片电阻连接。
如图7和8所示,可以看到在工作频率1~11GHz带宽内反射系数都低于-10dB,圆极化轴比在1~19GHz内小于3dB,说明天线馈电端口反射回来的信号能量非常小,辐射圆极化波特性良好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式,不应看作是对其他实施例的排除,而可用于各种其他组合、修改和环境,并能够在本文所述构想范围内,通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围,则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (4)
1.一种超带宽低剖面阿基米德磁窗天线,其特征在于:它包括介质板(3),对称铺设于所述介质板顶层(10)和介质板底层(9)的阿基米德平面螺旋天线(4),所述阿基米德平面螺旋天线(4)包括上下表面铺设的阿基米德螺旋线(5),所述阿基米德螺旋线(5)以第一天线臂(1)和第二天线臂(2)为轴相互围绕形成所述阿基米德平面螺旋天线(4);在馈电中心(12)处通过过孔(11)连接所述介质板顶层(10)和介质板底层(9)的所述第一天线臂(1)和所述第二天线臂(2)。
2.根据权利要求1所述的一种超带宽低剖面阿基米德磁窗天线,其特征在于:从所述第一天线臂(1)和第二天线臂(2)围绕的第四圈开始采用正弦曲折臂结构,每一圈螺旋线(5)有四十个正弦周期,正弦弯曲的振幅为1mm,以增加每圈螺旋线(5)的长度。
3.根据权利要求1所述的一种超带宽低剖面阿基米德磁窗天线,其特征在于:所述阿基米德平面螺旋天线(4)通过50欧姆同轴线(6)进行馈电;所述同轴线(6)的内导体(7)连接所述第一天线臂(1),外导体(8)连接所述第二天线臂(2);或者所述同轴线(6)的内导体(7)连接所述第二天线臂(2),外导体(8)连接所述第一天线臂(1)。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种超带宽低剖面阿基米德磁窗天线,其特征在于:所述阿基米德平面螺旋天线(4)的剖面厚度小于10mm,工作频率为1GHz~11GHz;所述介质板(3)为EBG结构的介质板,其每个方形金属贴片单元边长为4mm,间距为2mm,相互之间通过焊接20欧姆贴片电阻连接。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010687177.9A CN111987427A (zh) | 2020-07-16 | 2020-07-16 | 一种超宽带低剖面阿基米德磁窗天线 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010687177.9A CN111987427A (zh) | 2020-07-16 | 2020-07-16 | 一种超宽带低剖面阿基米德磁窗天线 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN111987427A true CN111987427A (zh) | 2020-11-24 |
Family
ID=73438345
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010687177.9A Pending CN111987427A (zh) | 2020-07-16 | 2020-07-16 | 一种超宽带低剖面阿基米德磁窗天线 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN111987427A (zh) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0416300A2 (en) * | 1989-09-08 | 1991-03-13 | Ball Corporation | Dual polarized spiral antenna |
CN103956581A (zh) * | 2014-04-28 | 2014-07-30 | 中国人民解放军空军工程大学 | 一种阿基米德螺旋天线的制作方法 |
CN108172992A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-06-15 | 电子科技大学 | 一种用于步进频率探地雷达的新型阿基米德螺旋天线 |
CN108933331A (zh) * | 2018-07-26 | 2018-12-04 | 胡南 | 阿基米德螺旋阵列天线 |
CN111082209A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-28 | 上海微波技术研究所(中国电子科技集团公司第五十研究所) | 一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线 |
-
2020
- 2020-07-16 CN CN202010687177.9A patent/CN111987427A/zh active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0416300A2 (en) * | 1989-09-08 | 1991-03-13 | Ball Corporation | Dual polarized spiral antenna |
CN103956581A (zh) * | 2014-04-28 | 2014-07-30 | 中国人民解放军空军工程大学 | 一种阿基米德螺旋天线的制作方法 |
CN108172992A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-06-15 | 电子科技大学 | 一种用于步进频率探地雷达的新型阿基米德螺旋天线 |
CN108933331A (zh) * | 2018-07-26 | 2018-12-04 | 胡南 | 阿基米德螺旋阵列天线 |
CN111082209A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-28 | 上海微波技术研究所(中国电子科技集团公司第五十研究所) | 一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
王亚伟 等: "一种新型曲折臂阿基米德螺旋天线", 《现代雷达》 * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108336491B (zh) | 基于微带巴伦馈电的双频双极化叠层贴片天线及其设计方法 | |
CN106848554B (zh) | 一种基于交指型紧耦合偶极子单元的超宽带宽角天线阵 | |
CN100521367C (zh) | 天线 | |
US20120313832A1 (en) | Compact tapered slot antenna | |
CN113506987B (zh) | 宽带高增益圆极化滤波天线及无线通信设备 | |
CN102593585A (zh) | 一种集成式巴伦馈电的正弦天线装置 | |
CN111430920A (zh) | 超宽带天线及超宽带通信装置 | |
CN114883785B (zh) | 一种薄型双极化超宽带宽角扫描阵列天线 | |
CN1996662B (zh) | 基片集成波导馈电结构超宽带天线 | |
KR101927708B1 (ko) | 마이크로스트립 바룬으로 급전하는 4-암 시누어스 안테나 | |
CN110492242A (zh) | 一种超薄半壁短路圆极化顶端辐射天线 | |
CN111490347A (zh) | 基于集成馈电结构的超宽带平面螺旋天线装置 | |
CN108172992B (zh) | 一种用于步进频率探地雷达的新型阿基米德螺旋天线 | |
CN112886226B (zh) | 宽带低剖面背射圆极化天线及其背射方法 | |
CN112701487A (zh) | 一种小型超宽带圆极化平面螺旋天线 | |
RU2357337C1 (ru) | Плоская резонаторная антенна (варианты) | |
CN112688057A (zh) | 一种基于交叉偶极子的宽带圆极化微带天线 | |
CN111009725A (zh) | 一种漏波天线 | |
CN111987427A (zh) | 一种超宽带低剖面阿基米德磁窗天线 | |
CN105244607B (zh) | 一种螺旋加载高增益全向单极子天线 | |
CN115020972A (zh) | 一种超宽带阻抗加载双极化电小尺寸Vivaldi天线 | |
CN213905602U (zh) | 一种星载毫米波十字阵子天线 | |
CN115173038A (zh) | 一种小型化双频四臂螺旋天线 | |
US12041712B2 (en) | Wideband antenna, in particular for a microwave imaging system | |
CN110085982B (zh) | 超宽带双极化天线及其制作方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201124 |