【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微波与天线，具体涉及一种基于磁介质的小型化超宽带平面螺旋天线。
技术介绍
1、随着超宽带系统在移动通信领域以及国防领域的应用，天线在军用和民用领域发挥着重要作用。如今的无线设备拥有高度集成化、小型化等特点，其对天线的要求也正朝着频段更宽，尺寸更小、辐射能力更好的方向发展。现有的超宽带天线常采用螺旋天线、槽线天线、vivaldi天线、磁电偶极子天线等结构。其中，螺旋天线具有产生圆极化波的独特优点，与线极化相比，圆极化的优点是能够减少电离层中的法拉第旋转效应，无需严格限制发射器和接收器天线之间的方向，并且在极宽的频带内表现出稳定的阻抗特性、良好的方向图特性，这使其在许多特定场合表现出重大意义和使用价值。在实际应用场景下，为了满足螺旋天线的单向辐射以及具有抗干扰能力，人们往往在天线背面加载金属反射腔体，但由于反射腔内的电磁反射和其尺寸与天线的工作频率呈正相关，小型化必然会导致天线性能急剧恶化。
2、因此，由于在特征和应用上的独特性，平面螺旋天线的设计面临着各种挑战，如圆极化特性、阻抗、增益、方向图都要在极宽的带宽内有良好的特性并且天线尺寸要小。而螺旋天线的小型化应当包含两部分：一是缩小天线的口径，二是减小天线的高度。在口径缩小方面：目前常通过电感电容的加载实现口径缩减，或者采用末端加载电阻和吸波材料改善低频性能实现，但此方法增加了辐射能量的热损耗，降低了辐射效率；在高度减小方面：往往采用ebg电磁带隙结构实现小型化设计，此方法设计复杂。此外，现有技术往往不会考虑馈电结构长度对天线高度的影响，较长的馈电结构也会
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种基于磁介质的小型化超宽带平面螺旋天线，可以提高天线的阻抗匹配带宽、圆极化带宽以及改善超宽带天线方向图畸变，抑制金属耦合对天线的干扰，更好地解决小型化与高辐射性能的兼顾，解决了上述
技术介绍
中提到的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于磁介质的小型化超宽带平面螺旋天线，包括：
3、天线辐射单元；
4、用于调控电路末端的表面电流分布以及集中调控腔内电磁反射的电场矢量大小与方向的磁介质材料；
5、设置于天线辐射单元下方以反射电磁波后向辐射的圆形金属反射背腔；
6、设置于圆形金属反射背腔内部的金属阶梯形屏蔽内腔；
7、以及用于为天线辐射单元提供激励的巴伦馈电结构和用于连接外部同轴馈线的馈电接头；
8、所述金属阶梯形屏蔽内腔的底部设置有圆形反射阶梯结构内腔和馈电巴伦穿孔结构。
9、优选的，所述天线辐射单元包括介质基板、以及印刷在介质基板上方的螺旋臂1和螺旋臂2，所述螺旋臂1和螺旋臂2以馈电巴伦过孔连接处为中心呈180°旋转对称，螺旋臂1、螺旋臂2的线宽和间隔保持一致，其金属与非金属部分的面积呈现互补关系；所述螺旋臂1、螺旋臂2与圆形金属反射背腔之间无直接连接。
10、优选的，所述介质基板设置在圆形金属反射背腔的电路支撑台阶上，实现圆形金属反射背腔的固定；所述螺旋臂1和螺旋臂2是阿基米德函数、等角螺旋函数、sin函数或等角函数中一种或几种组成的复合螺旋线。
11、螺旋天线通过外接巴伦进行馈电，由于平面螺旋结构辐射器的特性阻抗稳定在120-188ω，因此，为了既保证辐射器和馈电结构的阻抗匹配，又实现馈电结构的巴伦平衡特性。巴伦馈电结构一般选用微带巴伦、同轴线巴伦以及变压器巴伦。其中微带巴伦和同轴巴伦的结构长度应为天线工作的下限频率对应的波长的1/2，这会大大增加天线的纵向尺寸，需要对馈线的长度进行缩减。
12、所述馈电巴伦若采用微带渐变巴伦馈电结构进行馈电，那么为了缩小其尺寸，需将巴伦设计为l形进行电流路径的延长；
13、所述巴伦馈电结构和天线辐射单元的螺旋臂1和螺旋臂2通过设置在介质基板上的馈电巴伦过孔连接处(104)与扇形过渡结构平滑连接。
14、优选的，所述磁介质材料的形状结构填充于金属阶梯形屏蔽内腔和圆形金属反射背腔之间；
15、所述磁介质材料的位置设置在辐射单元下方，或设置在圆形金属反射背腔上方，或设置在天线辐射单元和圆形金属反射背腔之间的部分区域；
16、所述磁介质材料的材料类型是无机磁性材料、有机磁性材料、复合磁性材料的一种或多种。
17、所述磁介质材料的电磁特性为磁导率大于1和介电常数大于1。
18、所述巴伦馈电结构中不平衡馈电端通过馈电巴伦穿孔结构与介质基板相连接；
19、所述巴伦馈电结构中平衡馈电端通过设置在圆形金属反射背腔侧面的馈电接头与同轴馈线相连接。
20、优选的，所述天线辐射单元与圆形金属反射背腔之间设置有固定的馈电连接方式。
21、优选的，所述天线辐射单元与圆形金属反射背腔之间的距离不大于0.1λ，其中λ为天线工作最低频率在自由空间中的波长。
22、优选的，所述圆形金属反射背腔和金属阶梯形屏蔽内腔可以采用多种结构，包括圆台结构、锥台结构或球形结构等。
23、优选的，所述圆形金属反射背腔为铜、铁、钢、合金、铝或锡等导电金属材料。
24、本专利技术的有益效果是：
25、1)本专利技术通过在辐射单元下方设置磁介质材料来调控电路末端的表面电流分布。由于磁介质材料具有高的磁导率和介电常数，可以有效束缚金属表面的电流，降低了其在螺旋臂上的传播速度，这种表面电流分布的调控方法有效延长了电流的等效路径；
26、并且能增加电路的等效电抗值，提高q值，从而降低天线的低频工作带宽，实现了天线横向尺寸的缩减。
27、2)本专利技术由于磁介质材料的较高的磁导率，能引导电磁场的分布，使其更集中于材料内部，这种电磁集中效应能有效控制腔内电磁波的传播方向，并且由于材料磁导率虚部可等效为电阻，可以让内部集中的电磁能量均匀衰减，从而实现降低天线高度的效果；通过磁介质材料可以提升小型化天线的阻抗匹配带宽、圆极化性能，结合巴伦的l型弯折结构设计，螺旋天线高度得到进一步的降低，实现了天线纵向尺寸的缩减。
28、3)本专利技术通过在圆形金属反射背腔的内部设置金属阶梯形屏蔽内腔，可以有效抑制磁介质材料对天线高频辐射区域电磁损耗的影响，进而保证天线在高频部分的辐射性能。本专利技术在屏蔽内腔内侧底部设置有圆形反射阶梯结构内腔，可以有效调控金属内腔对高频区域的电磁反射特性，使特定区域的反射杂波相互抵消，从而有效改善天线的轴比性能，令天线具有良好的圆极化特性；并且由于天线在宽带范围内具有相同的高度，因此相较于低频部分，天线的高频会容易出现反射背腔与辐射单元间隔1/2λ的情况，这会使反射电磁波与正向辐射电磁波相互抵消，造成增益效率降低以及方向图凹陷的问题。因此，反射阶梯结构通过对特定区域的电磁波反射相位的调控，可以使特定区域的反射电磁波与辐射电磁波正向叠加，很好本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于磁介质的小型化超宽带平面螺旋天线，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于磁介质的小型化超宽带平面螺旋天线，其特征在于：所述天线辐射单元(1)包括介质基板(105)、以及印刷在介质基板(105)上方的螺旋臂1(101)和螺旋臂2(102)，所述螺旋臂1(101)和螺旋臂2(102)以馈电巴伦过孔连接处(104)为中心呈180°旋转对称，螺旋臂1(101)、螺旋臂2(102)的线宽和间隔保持一致，其金属与非金属部分的面积呈现互补关系；所述螺旋臂1(101)、螺旋臂2(102)与圆形金属反射背腔(3)之间无直接连接。
3.根据权利要求2所述的基于磁介质的小型化超宽带平面螺旋天线，其特征在于：所述介质基板(105)设置在圆形金属反射背腔(3)的电路支撑台阶(301)上，实现圆形金属反射背腔(3)的固定；所述螺旋臂1(101)和螺旋臂2(102)是阿基米德函数、等角螺旋函数、sin函数或等角函数中一种或几种组成的复合螺旋线。
4.根据权利要求1所述的基于磁介质的小型化超宽带平面螺旋天线，其特征在于：所述巴伦馈电结构(5)为微带巴伦、
5.根据权利要求1所述的基于磁介质的小型化超宽带平面螺旋天线，其特征在于：所述磁介质材料(2)填充于金属阶梯形屏蔽内腔(4)和圆形金属反射背腔(3)之间；
6.根据权利要求4所述的基于磁介质的小型化超宽带平面螺旋天线，其特征在于：所述的巴伦馈电结构(5)一端为不平衡馈电端(501)，另一端为平衡馈电端(503)；
7.根据权利要求1所述的基于磁介质的小型化超宽带平面螺旋天线，其特征在于：所述天线辐射单元(1)与圆形金属反射背腔(3)之间的距离不大于0.1λ，其中λ为天线工作最低频率在自由空间中的波长。
8.根据权利要求1所述的基于磁介质的小型化超宽带平面螺旋天线，其特征在于：所述圆形金属反射背腔(3)和金属阶梯形屏蔽内腔(4)的结构是矩形结构、圆台结构、锥台结构或球形结构。
9.根据权利要求1所述的基于磁介质的小型化超宽带平面螺旋天线，其特征在于：所述圆形金属反射背腔(3)为铜、铁、钢、合金、铝或锡的导电金属材料。
...【技术特征摘要】
1.一种基于磁介质的小型化超宽带平面螺旋天线，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于磁介质的小型化超宽带平面螺旋天线，其特征在于：所述天线辐射单元(1)包括介质基板(105)、以及印刷在介质基板(105)上方的螺旋臂1(101)和螺旋臂2(102)，所述螺旋臂1(101)和螺旋臂2(102)以馈电巴伦过孔连接处(104)为中心呈180°旋转对称，螺旋臂1(101)、螺旋臂2(102)的线宽和间隔保持一致，其金属与非金属部分的面积呈现互补关系；所述螺旋臂1(101)、螺旋臂2(102)与圆形金属反射背腔(3)之间无直接连接。
3.根据权利要求2所述的基于磁介质的小型化超宽带平面螺旋天线，其特征在于：所述介质基板(105)设置在圆形金属反射背腔(3)的电路支撑台阶(301)上，实现圆形金属反射背腔(3)的固定；所述螺旋臂1(101)和螺旋臂2(102)是阿基米德函数、等角螺旋函数、sin函数或等角函数中一种或几种组成的复合螺旋线。
4.根据权利要求1所述的基于磁介质的小型化超宽带平面螺旋天线，其特征在于：所述巴伦馈电结构(5)为微带巴伦、同轴线巴伦、变压器巴伦中的任一结构，其中微带巴伦由基板及其两侧的渐变指数微带线(...
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