一种不等螺距四臂螺旋地球波束赋形天线

技术领域

本申请涉及S波段无线电波的通信天线领域，尤其是涉及一种不等螺距四臂螺旋地球波束赋形天线。

背景技术

国内地球站资源有限，为提高卫星在过境时的对地传输效率，需要使用地球赋形波束的天线实现星载信号的对地传输。可实现赋形波束的天线形式有波导赋形天线、赋形反射面天线、波导缝隙阵天线、短路四臂螺旋天线等，在S频段四臂螺旋天线较其他赋形天线形式在重量、尺寸、结构复杂度等方面具有较大优势。

为了提高天线对地通信的质量，星上天线的波束内圆极化轴比需尽量小以减小其与地面站天线间的极化失配损失。地球赋形波束一般为±65°赋形波束，需要调整四臂螺旋赋形天线的参数使得天线最大波束指向在±65°处附近，根据能量守恒原理，天线轴向增益会在波束内达到最低值，赋形措施会破坏圆极化天线原有的辐射特性，使得波束内轴向附近的轴比恶化。

现有技术中，一般仅能满足±65°波束内轴比小于8dB的要求，限制了四臂螺旋赋形天线在星载天线领域的应用。

发明内容

为了扩大波束赋形天线的使用领域，本申请提供一种不等螺距四臂螺旋地球波束赋形天线。

为解决上述问题，本发明申请的技术方案为：

一种不等螺距四臂螺旋地球波束赋形天线，包括，

巴伦，所述巴伦的第一端部上开设有通孔；

高频插座，电连接于所述巴伦的第二端部；

介质支柱，从所述巴伦第一端部进入并套设于所述巴伦上，所述介质支柱朝向所述高频插座的端面设置于所述巴伦的第二端部；其中，所述通孔位于所述介质支柱的外部；

两所述螺旋线组，第一端均电连接在所述巴伦内部并通过所述通孔引出至所述介质支柱的外侧壁，两所述螺旋线组均环绕于所述介质支柱的外侧壁且两所述螺旋线组的第二端均固定在所述介质支柱的外侧壁；

两所述螺旋线组划分为第一螺旋线组和第二螺旋线组，所述第一螺旋线组包括两根第一螺旋线，所述第二螺旋线组包括两根第二螺旋线，所述第一螺旋线均长于所述第二螺旋线；所述第一螺旋线和所述第二螺旋线均分为依次相连的渐变上段、渐变中段和渐变下段；所述渐变上段位于所述渐变中段背离所述高频插座一侧；

其中，两所述第一螺旋线和两所述第二螺旋线相位依次为0°、90°、180°、270°。

本发明的不等螺距四臂螺旋地球波束赋形天线，所述渐变上段螺距为d

本发明的不等螺距四臂螺旋地球波束赋形天线，所述渐变中段沿所述巴伦轴向长度为h，h的取值范围在[30,36]mm。

本发明的不等螺距四臂螺旋地球波束赋形天线，所述渐变下段螺距为d

本发明的不等螺距四臂螺旋地球波束赋形天线，所述第一螺旋线环绕于所述介质支柱的总圈数为N

本发明的不等螺距四臂螺旋地球波束赋形天线，所述第一螺旋线和所述第二螺旋线的总圈数差为E，E的取值范围在[0.15,0.3]圈。

本发明的不等螺距四臂螺旋地球波束赋形天线，所述第一螺旋线和所述第二螺旋线的直径取值为D

本发明的不等螺距四臂螺旋地球波束赋形天线，所述介质支柱的直径为D

本发明的不等螺距四臂螺旋地球波束赋形天线，所述介质支柱外侧壁上开设有用于容纳对应所述第一螺旋线或所述第二螺旋线的四个螺旋槽；所述螺旋槽的深度为B，B的取值范围在[0.15，0.25]mm。

本发明的不等螺距四臂螺旋地球波束赋形天线，所述巴伦的第一端部开设有巴伦槽，所述巴伦槽沿所述巴伦轴向延伸并贯穿所述巴伦的第一端部的端面；所述巴伦槽的长度为λ/4，其中，λ为工作波长。

本发明申请由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

本发明通过调整第一螺旋线的渐变上段、渐变中段和渐变下段，以及调整第二螺旋线的渐变上段、渐变中段和渐变下段，由此对向外辐射的电磁波进行特定的波束赋形,通过对结构的优化设计能够实现在±65°波束范围内轴比小于4dB,解决了四臂螺旋地球波束赋形天线轴比不佳的问题，可用于低轨卫星通信系统中。

附图说明

图1本申请实施例不等螺距四臂螺旋地球波束赋形天线的整体结构示意图

图2本申请实施例不等螺距四臂螺旋地球波束赋形天线的巴伦示意图

图3本申请实施例不等螺距四臂螺旋地球波束赋形天线的第一螺旋线的示意图

图4本申请实施例不等螺距四臂螺旋地球波束赋形天线的第人螺旋线的示意图

图5现有技术的天线轴比方向图

图6现有技术的天线赋形波束方向图

附图标记说明：1、巴伦；2、介质支柱；3、高频插座；4、第一螺旋线；5、第二螺旋线；6、巴伦槽。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明申请提出的一种不等螺距四臂螺旋地球波束赋形天线作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明申请的优点和特征将更清楚。

参看图1和图2，本实施例提供一种不等螺距四臂螺旋地球波束赋形天线，包括巴伦1、高频插座3、介质支柱2、两螺旋线组；巴伦1的第一端部上开设有通孔；高频插座3电连接于巴伦1的第二端部；介质支柱2从巴伦1第一端部进入并套设于巴伦1上，介质支柱2朝向高频插座3的端面同样设置于巴伦1的第二端部；其中，通孔位于介质支柱2的外部；两螺旋线组第一端均电连接在巴伦1内部并通过通孔引出至介质支柱2的外侧壁，两螺旋线组均环绕于介质支柱2的外侧壁且两螺旋线组的第二端均固定在介质支柱2的外侧壁。

两螺旋线组划分为第一螺旋线4组和第二螺旋线5组，第一螺旋线4组包括两根第一螺旋线4，第二螺旋线5组包括两根第二螺旋线5，第一螺旋线4均长于第二螺旋线5；第一螺旋线4和第二螺旋线5均分为依次相连的渐变上段、渐变中段和渐变下段；渐变上段位于渐变中段背离高频插座3一侧；

其中，两第一螺旋线4和两第二螺旋线5相位依次为0°、90°、180°、270°。

进一步设置，两第一螺旋线4和两第二螺旋线5的第一端均连接与巴伦1第一端部的通孔内。第一螺旋线4和第二螺旋线5的第二端(即螺旋线组的第二端)依照渐变上段、渐变中段和渐变下段预设值，定位于指定位置，并固定于介质支柱2外侧壁。

进一步说明，通过对第一螺旋线4和第二螺旋线5的渐变上段、渐变中段、渐变下段，实现电流的渐变过渡作用，降低了宽角度圆极化轴比，提高了宽角度增益。在本实施例中,任何通过加载螺旋渐变段及加载不等螺距段方式来改善宽角度圆极化轴比和增益的思想皆属于本发明的保护范围之内。

本发明中高频插座3向巴伦1通电，巴伦1给两第一螺旋线4和两第二螺旋线5馈电，并通过改变两螺旋线组的相对长度，既而实现两根第一螺线4和两根第二螺旋线5上的相位不同，第一螺旋线4和第二螺旋线5的四根螺旋线相位依次为0°、90°、180°、270°，相邻螺旋线间相位差90°；通过调整第一螺旋线4的渐变上段、渐变中段和渐变下段，以及调整第二螺旋线5的渐变上段、渐变中段和渐变下段，由此对向外辐射的电磁波进行特定的波束赋形,通过对结构的优化设计能够实现在±65°波束范围内轴比小于4dB,解决了四臂螺旋地球波束赋形天线轴比不佳的问题，可用于低轨卫星通信系统中。

参照图1至图4，下面对本实施例的不等螺距四臂螺旋地球波束赋形天线的具体结构进行进一步说明：

本实施例中，渐变上段螺距为d

本实施例中，渐变中段沿巴伦1轴向长度为h，h的取值范围在[30,36]mm。

本实施例中，渐变下段螺距为d

本实施例中，第一螺旋线4环绕于介质支柱2的总圈数为N

本实施例中，第一螺旋线4和第二螺旋线5的直径取值为D

本实施例中，介质支柱2的直径D

本实施例中，介质支柱2外侧壁上开设有用于容纳对应第一螺旋线4或第二螺旋线5的四个螺旋槽；螺旋槽的深度为B，B的取值范围在[0.15，0.25]mm。

其中，B优选为0.2mm。

进一步设置，将第一螺旋线4和第二螺旋线5绕于对应螺旋槽内后，可通过介质对第一螺旋线4和第二螺旋线5进行绑扎。

本实施例中，巴伦1的第一端部开设有巴伦槽6，巴伦槽6沿巴伦1轴向延伸并贯穿巴伦1第一端部的端面；巴伦槽6的长度为λ/4，其中，λ为工作波长。

其中，高频插座3为SMA/TNC型标准高频插座3,机械安装接口根据需要确定。

进一步地举例：

天线巴伦槽6的长度35mm，第一螺旋线4、第二螺旋线5的直径均为1.6mm，第一螺旋线4的总圈数N

对比图5、图6，本发明实施例的测试结果：天线在规定的士65°角度内的轴比小于3.8dB，±50°～±65°角度范围内增益大于3.5dB，轴向增益大于-2.5dB，天线外形尺寸中Φ156mm×230mm、天线重量0.5kg。

本发明通过加载螺旋渐变段及加载不等螺距段方式取得了在士65°波束范围内降低轴比的有益成果。经测试，解决了四臂螺旋赋形天线宽角度轴比不佳的问题，可用于低轨卫星通信系统中。

上面结合附图对本发明申请的实施方式作了详细说明，但是本发明申请并不限于上述实施方式。即使对本发明申请作出各种变化，倘若这些变化属于本发明申请权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明申请的保护范围之中。