[发明专利]基于多重加载结构的四臂螺旋天线

说明书

本发明公开一种基于多重加载结构的四臂螺旋天线，包括叠层腔体1、寄生圆环2、“帽子形”寄生结构3、双层馈电网络4、反射地板5、螺旋天线组件6。四臂螺旋天线安装于平台7的正中心。叠层腔体1为四臂螺旋天线的最外层，叠层腔体1内部依次设置螺旋天线组件6、寄生圆环2和“帽子形”寄生结构3。由于本发明寄生圆环2和“帽子形”金属结构3表面产生的耦合电流将部分辐射能量引向至宽角方向，使天线水平面附近的低仰角增益增大。叠层腔体1扼制了螺旋天线组件在平台7表面激励起耦合电流，因此削弱了平台7对四臂螺旋天线的宽波束辐射方向图的影响。使得本发明天线可用于星地通信系统中作为地面端天线使用。

技术领域

本发明属于天线技术领域，更进一步涉及螺旋天线中的一种基于多重加载结构的四臂螺旋天线。本发明可用于星地通信系统中作为地面端天线使用。

背景技术

天线是星地通信系统中的重要部件，直接影响到整个系统的性能。因此，对于应用于星地通信系统的天线的研究显得十分重要。用于星地通信的地面端天线需要实现与地面端设备和卫星端设备的通信。地面端天线在与地面端设备进行通信时，主要依靠垂直线极化靠近地面的低仰角信号，天顶信号虽然易于接受和发射，但是对于星地通信中与地面端设备通信的作用不大。为了提高与地面设备通信的可靠性，用于星地通信的天线要具有较高的低仰角增益。因此，如何提高星地通信中地面端天线在与地面端设备通信时的低仰角增益是目前急需解决的第一个技术难题。

与此同时，为提高地面端天线与卫星通信的可靠性，用于星地通信的地面端天线还应该具有良好圆极化性能。由于大多数天线的工作环境是去极化环境，天线的极化方式会发生改变，而圆极化天线具有能够接收任意极化电磁波且其辐射的圆极化波可以被任意极化的天线接收的特点，且圆极化天线能够有效抑制多径效应和电离层中产生的法拉第旋转效应。用于星地通信的地面端天线实现圆极化的结构形式通常为四臂螺旋天线，四臂螺旋天线可以形成“心形”的圆极化宽波束方向图，但是如果安装在大安装平台时，天线的圆极化辐射方向图会产生畸变，如：波束宽度变窄导致低仰角增益减小，方向图顶部产生凹陷等。因此，如何减小大安装平台对地面端天线辐射方向图的影响是目前急需解决的第二个技术难题。

综上可知，作为应用于星地通信的地面端天线，必须具有较高的与地面设备通信的线极化低仰角增益和与卫星设备通信时能够适应于大安装平台的宽波束圆极化辐射方向图。

西安矩阵无线科技有限公司在其申请的专利文献“一种星载小型化双频四臂螺旋天线”(专利申请号：201910883603.3，申请公布号：CN 110611162 A)中公开了一种星载小型化双频四臂螺旋天线。该天线使用一分四馈电网络对四个矩形辐射馈电形成圆极化，通过调节四臂螺旋天线矩形辐射臂的螺距、圈数等参数实现了仰角±30°处圆极化增益大于0dBic，线极化增益大于-3dBi。该天线存在的不足之处是，仅通过调节四臂螺旋天线矩形辐射臂的螺距、圈数等参数，由于天线的剖面高度和横向尺寸的限制，天线的增益存在物理极限，因此这种方式并不能达到星地通信中地面端天线低仰角处的增益需求。据此，该发明天线存在没有达到星地通信中地面端天线在低仰角处的增益需求的问题。

大连海事大学在其申请的专利文献“一种具有宽波束特性的双频四臂螺旋天线”(专利申请号：201910563961.6，申请公布号：CN 110247169 A)中公开了一种具有宽波束特性的双频四臂螺旋天线。该天线使用一分四馈电网络对四个双带条螺旋臂馈电实现圆极化和双频带特性，通过在天线顶部采用弯曲型辐射臂结构，获得了大于115°的半功率波束宽度。该天线存在的不足之处是，该发明天线安装在大安装平台上时，由于安装平台为金属材料且尺寸太大，因此该发明天线在安装平台的表面会产生很强的耦合电流，原来的辐射场受到大安装平台的影响，原来的宽波束圆极化辐射方向图会产生畸变，存在宽波束圆极化辐射方向图的波束宽度变窄、顶部出现凹陷的问题，导致该发明天线的宽波束圆极化辐射方向图受大安装平台影响较大。据此，该发明天线的宽波束圆极化辐射方向图存在受大安装平台影响较大的问题。

发明内容