[发明专利]螺旋天线系统

说明书

本发明涉及阵列天线技术。本发明公开了一种螺旋天线系统，由结构相同的两组螺旋天线阵列并排构成；所述螺旋天线阵列具有侧馈式馈电网络及其馈电端口连接的螺旋天线；所述侧馈式馈电网络包括顺序连接的馈电波导、第一波导、过渡波导和第二波导；所述两组螺旋天线阵列馈电波导底端封闭并相互连通，其连通处与波导输入端连接；所述波导输入端由第一同轴波导、第二同轴波导和圆波导顺序连接构成，所述第一同轴波导、第二同轴波导和圆波导同轴，所述第一同轴波导连接微波源，所述圆波导连接馈电波导。本发明的螺旋天线系统，具有高效率、高功率容量、辐射圆极化波的特点，非常适合用于纵向空间受限的场合。

技术领域

本发明涉及微波传输线和阵列天线技术，特别是高功率阵列天线及其馈电系统，具体涉天线阵列侧馈式馈电网络及螺旋天线系统。

背景技术

阵列天线发展迅速，形式多种多样，有赋形天线阵、相控阵、低副瓣天线阵等，在设计应用中，阵列天线的馈电网络是关键核心的部分。单元的排列方式确定后，需要综合考虑空间结构和损耗问题等采用合适的馈电方式，并根据天线阵的结构确定馈电网络的整体空间布局，最终让每个天线单元都能取得它所需要的电流幅度和相位,根据平面阵列天线理论可知，各单元激励幅度的均匀分布有利于提高天线阵的口径效率和方向性系数，因此，为了获得较高的阵列辐射效率，需要在馈电系统设计时尽可能实现等幅馈电输出。

馈电系统实际上是一个广泛的概念，不论阵列的单元天线是何种形式，具体包含多少单元数目，每个阵列天线总需要一个对应的馈电系统，但不同阵列天线的馈电系统需要满足不同的要求，其结构形式也会有所不同。在高功率微波领域中，通常要求高功率阵列天线的馈电系统具有高功率容量，而在某些特殊条件下，馈电系统还需要具有外形紧凑的特点。近年来，随着高功率微波技术的发展，人们也探索出许多适用于高功率微波辐射的天线形式，尤其是阵列天线通过增加单元数目和优化各个单元的空间位置分布方式可以获得很高的增益，从而得到了广泛应用。例如根据缝隙天线和矩形谐振腔理论设计出的矩形波导宽边偏置纵向缝隙天线阵或窄边缝隙行波天线阵[杨一明，袁成卫,钱宝良.波导缝隙阵列天线高功率应用探索[J].强激光与粒子束,2013,10:2648-2652]、[尚文惠，廖斌2.45GHz大功率矩形波导宽边缝隙阵列天线阵的设计[J].真空电子技术，2016,04:20-23.]，他们采用的是在波导的宽边或窄边按规律开出多个缝隙组成缝隙阵的方式，波导内的传输场直接在缝隙处产生辐射，缝隙产生的辐射强度和相位由缝隙的倾角和间距控制。同时，微带贴片天线阵也被验证可以应用于高功率微波领域[徐刚，廖勇，谢平，孟凡宝，唐传祥.宽带高功率贴片天线阵列辐射特性[J].强激光与粒子束，2010，12：2955-2958]、 [A.Chaoloux,F.Colombel,M.Himdi,J.L.Lasserre,P.Bruguiere,P.Pouliguen,P.Potier High Gainand Low Losses Antenna Array for High Power Microwave Applications,in The 8^thEuropean Conference on Antenna and Propagation,1705-1709 2014]，其多采用多个功分器级联形成并联馈电网络，结构较为复杂，因此难以应用在单元数目较多的场合，而在X波段以上的高频段，也有学者提出了径向波导作为功分器对微带阵列天线进行馈电的形式。另外，也有学者提出了一种可运用于高功率微波领域的新型径向线螺旋阵列天线的设计理念，采用类似馈电探针激励的原理使用耦合馈电探针从馈电波导内提取能量并向辐射单元馈电 [Nakano H,Takeda H,Homma t,et al.Extremely low-profile helixradiating a circularly polarized wave[J].IEEE Trans on Antennas andPropagation,1991,39(6):754-756]、[张健穹，刘庆想，李相强，等三角形栅格矩形径向线螺旋阵列天线的设计[J].强激光与粒子束， 2009,24(4):584-587.]、[马睿，刘庆想，李相强，张健穹、丁艳峰，64单元矩形径向线阵列天线馈电网络的设计[J].强激光与粒子束，2011,23(11):3131-3134.]，径向线内微波由同轴波导输入，经模式转换器转换为可以在径向线内传播的TEM波，同轴波导入口位于径向线的中心，微波在径向线内从入口向四周均匀传播。目前对螺旋阵列天线的馈电主要是采用径向线作为馈电波导，其入口必须位于径向线下底板的中心，但由于馈电波导前端结构的影响，在纵向空间受限的情况下，有时很难将馈电波导入口放在下底板中心。