[发明专利]宽带旋脊天线

说明书

本发明公开了一种用于无线电通信的宽带旋脊天线的构成方式，所述宽带旋脊天线为一种双脊行波天线，通过沿轴线方向将构成该天线的双脊以圆柱螺旋轨迹绕制成一种具有螺旋形状的相互缠绕的双脊，在不失去原双脊天线宽频带特性的情况下获得宽带圆极化辐射特性。

技术领域

本发明涉及无线电技术领域中的一种宽带圆极化天线，该天线可用于雷达，通信，电子侦察和对抗等领域中对宽带圆极化无线电信号的发射和接收。

背景技术

双脊天线，包括槽线天线(有的也称其为Vivaldi天线)，脊喇叭天线等，因其工作频率带宽极宽而在近代雷达，通信，电子侦察和对抗等领域获得了广泛应用。从外观上看，槽线天线和双脊喇叭天线都有一对逐渐张开的双脊用于电磁波辐射，所不同的是槽线天线的双脊结构周边是开放的，而双脊喇叭天线的双脊结构周边是封闭的。这当然和这两种天线的演进历程有关，槽线天线来源于微带槽缝天线对辐射槽缝的改变，而脊喇叭天线则来源于脊波导的张口变化，这似乎是两种不同类型的天线(在目前大多数天线教科书中，这两种天线是分属不同章节的)。然而支持其核心特性的，也就是它们的宽带工作特性，均是其中的那对逐渐张开的双脊，在此双脊上流动的差分行波电流造就了这两种天线均有极宽的频率带宽特性，而双脊周边的差异，也就是有无封闭的金属喇叭筒，所带来的仅仅是天线辐射方向图方向性的一些变化而已，因此，就其内在工作机理以及表现出来的电气特性来说，这两种天线非常相似，可以归为一类，或都称之为双脊天线，为了对其进行区分，后者也可以称之为双脊喇叭天线。

目前我们所看到的双脊天线的双脊都是平直的，因而这样的天线是一种线极化天线。如果要用这种天线获得圆极化辐射特性，目前的做法是将两个相同的线极化天线按照空间正交的方式叠放在一起，然后再通过一个具有90°相差的信号合成器将这两个正交线极化天线的信号进行合成，形成圆极化。显然这种做法不仅增加整个天线的复杂性、成本、体积和重量，同时还会因为信号合成器件带来的额外损耗损害天线的性能，如果是在毫米波以及更高频段，由于制作具有90°相差的宽带信号合成器比较困难，还会使得这一频段的宽带圆极化喇叭天线的研制工作变得非常困难。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，希望提供一种简单的，不用两套正交辐射结构配以专门的信号合成器件也能获得圆极化特性的宽带双脊圆极化天线。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：将构成传统双脊天线中的两片脊按照圆柱螺旋的轨迹进行扭转，将原本平直的双脊扭曲成一对相互缠绕的脊，由此实现天线的圆极化辐射特性。

具体来说，对具有槽线天线结构的那种双脊周边开放的天线，我们将其平直的双脊按照轴线与双脊对称线重合的圆柱螺旋的轨迹进行绕制，从而形成两条具有旋转对称结构的相互缠绕的脊，双脊旋绕前进的方向为天线的辐射方向，旋绕扭转的角度方向决定了天线圆极化特性的旋向方向。为了得到宽带特性，双脊上的电流应该是行波态的，为此双脊的轴向长度一般会大于天线最低工作频率所对应波长尺寸的一半。和槽线天线一样，双脊之间间隙的张口方向指向天线的辐射方向，双脊之间间隙逐渐收窄的后端设置馈电机构，双脊从馈电位置所在的后端部位到开口处的长度、双脊的厚度、横向宽度以及双脊之间间隙随轴向尺寸逐渐变化的函数曲线形状等都对最终天线的宽带工作特性有直接的影响。在通常的工程设计中，一般选等厚度的金属板来制作双脊天线的双脊，双脊的绕制方式，比如按照圆柱螺旋轨迹进行绕制，那么旋绕圈数、导程等都会对天线的电气性能，特别是圆极化性能产生影响，为了得到较好的圆极化辐射特性，这种天线的双脊通常需要沿天线的中心轴线绕上一周或更多的圈数。

和槽线天线一样，旋脊天线的馈电机构设置在旋绕双脊的底部，这里有一段和旋绕双脊连接的槽线或双脊波导上。旋脊天线馈电机构形式的选取跟脊的厚度关系很大，如果旋脊天线的脊很薄，如像用覆铜板做的槽线天线那样，馈电机构通常会选用在传统槽线天线上经常见到的那种跨缝微带线方式；如果旋脊天线的脊很厚，为了便于结构上实现，和双脊连接的槽线也会比较厚，此时通常会直接选用脊波导来和旋脊天线的两脊对接，相应的馈电机构也会考虑从脊中穿过的同轴探针方式。