CN101316005B

CN101316005B - 双频段叠层介质加载螺旋天线

Info

Publication number: CN101316005B
Application number: CN2008100293666A
Authority: CN
Inventors: 褚庆昕; 刘沙
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2008-07-10
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2028-07-10
Also published as: CN101316005A

Abstract

一种双频段叠层介质加载螺旋天线，包括上下叠加两个同轴柱状体，两个柱状体底面和底部一段均有金属层，顶端各有四片长度两两不同的金属片，各金属片一端分别由柱状体中心沿径向延伸，至其顶面周缘再于其表面依螺旋状路径，沿轴向延伸至所述金属层处；上柱状体两个相邻金属片相对面端彼此连成两组天线；上、下柱状体的四片金属片分别在下柱状体顶端面相连；一嵌在轴心贯穿孔内的电缆，包括一绝缘体，其表面覆有一导电遮蔽层、中心设一馈入针，馈入针的两端伸出贯穿孔；导电遮蔽层的顶端与上柱状体的一组天线相连，馈入针的顶端与上柱状体的另一组天线相连，上、下柱状体底面的金属层分别与导电遮蔽层的水平对应段相接触。该天线尺寸小，性能好。

Description

双频段叠层介质加载螺旋天线

技术领域

本发明涉及一种天线，特别涉及一种能工作于双频段，并且能有效缩小天线体积、适用于手持终端的叠层介质加载螺旋天线结构。

背景技术

本世纪初，随着GPS(全球定位系统)向民用领域免费开放，GPS已发展成为一个高速成长的产业。目前GPS的民用领域已经包括了陆地运输、海洋运输、民用航空、通信、测绘、建筑、采矿、农业、电力系统、医疗应用、科研、家电、娱乐等多个领域。2007年，我国GPS已经进入了一个全面爆发期。GPS产业的迅猛发展影响了其他并行产业链的发展，并使其交叠融汇，使得大量带有GPS功能的PDA、MP4、相机、手机等手持终端设备成为现今市场上的一大主流。特别值得一提的是，GPS手机已经成为手机业界的一大热门。手机发展到现在，对于功能的开发已经接近极限，提供更多的应用和服务是传统手机厂商正在摸索的新方向。GPS手机可以催生很多与位置有关的应用，从而延伸出全新的商业模式。因此，GPS有望继拍照、音乐之后成为手机功能的又一亮点。

同时，随着GPS应用的普及，一些特殊的应用，如高精度一体化检测或差分基准系统，对GPS系统提出了新的要求。GPS系统必须能同时工作在L1/L2(L1：1575MHZ，L2：1227MHZ)两个频率上。

天线作为GPS接收机的“耳目”，接收从卫星上发射的空间电磁波，并将其转换为射频电流信号。由于微电子技术发展，接收机芯片已可以高度集成化，尺寸相对小。但天线的小型化却要受几个因素的制约。从理论上讲，天线尺寸与信号的波长成正比，通过选用高介电常数的材料，可以减少材料中信号的波长，进而减小天线的尺寸，但尺寸过小，天线又会面临增益和带宽下降的问题。由于天线的结构特点，难以大规模流水线生产，所以成本相对较高。总之，天线已成为制约手持GPS设备尺寸的瓶颈，同时是制约手持GPS设备接收效果和成本的重要因素。因此，迫切需要一种体积小、成本低、接收效果好，并且能同时工作在GPS L1、L2双频段的GPS手持终端天线。

由于GPS信号是圆极化波，所有的GPS接收天线都是圆极化工作方式。限于GPS天线尺寸、方向性以及极化性能等各种条件的限制，目前市场上的GPS天线的结构类型主要有平板式天线和四臂螺旋天线两种结构。

平板式天线一般具备较佳的方向特性，当卫星位于天线正上方时，具有最大接收增益。适合用于主要朝向上方的GPS导航的终端产品中。平板式天线最大的优点就是制作相对较容易，但由于天线孔径的大小是由辐射组件的尺寸及下方辐射经过的接地面尺寸共同决定的，因此天线的接收灵敏度容易受到影响。

四臂螺旋天线最早是由C.C.kilgus在1968年提出的。该结构由四根金属螺旋线条组成，通过适当地选择金属螺旋线的物理尺寸，并对四根螺旋线分别馈以具有90度相位差的等幅信号，便能产生心脏形的圆极化方向图，具有不需要接地反射板的优点。特别是在低仰角时，其圆极化性能也能满足GPS系统的要求，因此非常适用于在各个方向都要求能自由使用的行动手持式导航产品。然而，由于四臂螺旋天线是谐振型天线，频带太窄，不能适应GPS系统的双频工作的要求。

Lamensdorf提出了一种基于四臂螺旋结构的双频GPS天线，通过引入集总元件，使该天线工作于GPS L1(1575MHZ)和L2(1227MHZ)两个频段，并且在两个频段都表现出良好的圆极化性能。该天线由四根单圈金属螺旋线组成，每根的长度为一个波长，对应低频L2频段。在螺旋的顶端馈电，每根螺旋分别以相位为0，90，180，270度的信号馈电。螺旋的底端开路。为了实现双频特性，在螺旋线的特定位置开有一个缝隙，把金属螺旋线切断为上下两部分，用一个集总元件构成的LC并联谐振回路使金属螺旋线的上下两部分在电气上重新相连。LC并联谐振回路相当于一个开关，选择合适的L和C值使它的谐振频率为高频段L1，因此在高频段L1处，它的电阻为无穷大，相当于开路。在低频段L2处，它的电阻很小，可通过微调金属螺旋线的长度来做适当的补偿，使金属螺旋线的上下部分短路相连。因此，整根金属螺旋线(包括上、下两部分和LC回路)在低频L2处谐振，金属螺旋线的上面部分在高频段L1处谐振，这样就达到了双频工作的目的。

也有人提出了另外一种双频天线结构——八臂螺旋天线。在传统的四臂螺旋天线的各个馈电螺旋线的间隔之间再设一根同旋向的寄生螺旋线，构成八臂螺旋天线。亦可看作是两付形状相似，共轴放置，但臂长不同的四臂螺旋天线。只对原来四根螺旋线进行馈电，并不对四根寄生螺旋线馈电，而是通过电磁耦合激励。馈电的四臂螺线和寄生四臂螺线分别围成同轴而具有不同高度和直径的圆柱体，使内外两组螺线的长度不同。馈电四臂螺旋的长度为λ₁/2，寄生四臂螺旋的长度为λ₂/2，这样该天线就能工作在λ₁、λ₂两个不同的工作频率上，得到双频工作特性。

2007年，有学者提出了一种用于GPS/CNSS的双频接收天线。通过将两组四分之一圈，长度为四分之一个波长的四臂螺旋天线内外嵌套共轴放置在一起，并对内外两组四臂螺旋分别进行馈电，两组四臂螺旋的长度分别对应于两个不同的谐振频率，从而实现GPS和CNSS双频工作。

上述的天线由于都是自由空间的半波长或3/4波长的谐振结构，对于手持机的应用来说，这些天线的尺寸太大。

2001年，英国Sarantel天线公司的Oliver Leisten提出了一种新型的四臂螺旋天线——介质加载四臂螺旋天线(DQHA)。辐射主体由四根金属螺旋线组成，每根螺旋臂的长度约为λ/2，缠绕在高介电常数(εr＝36)的介质柱上。螺旋线的底部与一个套筒balun相连接。该天线由一根穿过介质柱轴心的同轴线在顶部馈电。该四臂螺旋天线可以看作是由两个正交的双臂螺旋组成，电流从同轴线内导体沿着螺旋线往下流，经过balun的边缘和直径正对的那根螺旋线，回到同轴线外导体。为了实现90度相位差馈电，微调两个双臂螺旋的长度，使一个双臂螺旋稍长于谐振长度，产生一个相角为+45度的输入阻抗；使另外一个双臂螺旋稍短于谐振长度，产生一个-45度的相交。Balun的底部与同轴线的外导体相连，高度为λ/4(λ是波导波长)，等效于在Balun的顶部边缘产生了一个开路，使电流只沿着巴伦的顶部边缘流，将天线与不平衡的馈电系统隔离开来，减小了人体手持对天线性能的影响。

通过上述介质加载的方法，不但实现了小尺寸的天线，而且将大部分近场能量耦合到介质里面，在介质外面的近场能量非常小，用在GPS手持机上，人体组织对其产生的影响非常小。同时该结构的天线还包括了完整的巴伦电路(Balun)设计，此设计将天线与不平衡的馈电系统隔离开来，不但进一步减小了人体手持对它的影响，而且能隔离天线周边的讯号，因此能容许各种功能的天线并存于极小的空间中而不会互相干扰。对于整合功能日趋多元化，而且强调轻薄短小的手持式电子产品而言，此特性的重要性不可言喻。基于上述完美的性能，该天线堪称是一项革命性的发明，被业界公认为最适合移动手持终端的GPS天线。

另外，Oliver Leisten还对介质加载四臂螺旋天线提出了多种不同的设计和加工方法，然而，该天线还未能实现在双频段工作。能同时工作在GPS L1、L2双频段的GPS手持终端天线至今鲜有报道，而能双频段工作的介质加载螺旋天线至今未见有任何文献或专利报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种能工作于双频段，并且能有效缩小天线体积、适用于手持终端的叠层介质加载螺旋天线。

为实现本发明的目的采用的技术方案：一种双频段叠层介质加载螺旋天线，包括：

两个一细一粗的同轴的柱状体，其轴心位置设有一贯穿孔；所述两个柱状体底部端面及底部圆周外表面均设有金属层；所述较细柱状体从所述较粗柱状体的顶部插入，并与其紧密贴合；

两个柱状体的顶端表面各布设有四片辐射金属片，各个所述辐射金属片的一端分别由两个所述柱状体的中心沿径向延伸，延伸至其顶端周缘后，再分别于两个所述柱状体的圆周表面，依螺旋状路径，沿轴向延伸至其底部圆周外表面的所述金属层处，并与所述金属层相接触；在所述较细柱状体的顶端表面上，每两个相邻辐射金属片的相对面端彼此连接，形成两组天线结构；所述较细柱状体上的四片辐射金属片与所述较粗柱状体接触的一端在所述较粗柱状体顶端的表面上，分别与所述较粗柱状体上相应的辐射金属片相连接；

所述较细柱状体上的四片辐射金属片中，位置相对的两片辐射金属片的长度大于位置相对的另两片辐射金属片；所述较粗柱状体上的四片辐射金属片中，位置相对的两片辐射金属片的长度大于位置相对的另两片辐射金属片；

一同轴电缆，嵌入所述贯穿孔内且底端伸出所述较粗柱状体的底部，包括一绝缘体，该绝缘体外缘表面披覆有一导电遮蔽层，该绝缘体中心位置设有一馈入针，该馈入针的顶端突伸出所述较细柱状体的顶端；所述导电遮蔽层的顶端与较细柱状体的一组天线结构相连接，其连接处位于较细柱状体的顶端；所述馈入针的顶端与较细柱状体的另一组天线结构相连接，其连接处位于较细柱状体的顶端；所述较粗柱状体底部端面的金属层与所述导电遮蔽层的水平对应段相接触，所述较细柱状体底部端面的金属层与所述导电遮蔽层的水平对应段相接触。

为了更好地实现本发明，所述两个柱状体由介电材料制成。

所述较细柱状体底部圆周外表面带有金属层的一段插入所述较粗柱状体顶部之中。

所述位于较细柱状体底部圆周外表面的金属层，其电长度h₁为1/8λ₁＜h₁＜3/8λ₁；所述位于较粗柱状体底部圆周外表面的金属层，其电长度h₂为1/8λ₂＜h₂＜3/8λ₂；其中λ₁为天线第一工作频段的波长，λ₂为天线第二工作频段的波长，λ₁＜λ₂。

所述较细柱状体上的四片辐射金属片，其中位置相对的两片辐射金属片的长度L为1/2λ₁＜L＜3/5λ₁，位置相对的另两片辐射金属片的长度L为2/5λ₁＜L＜1/2λ₁；所述较粗柱状体上的四片辐射金属片，其中位置相对的两片辐射金属片的长度L为1/2λ₂＜L＜3/5λ₂，位置相对的另两片辐射金属片的长度L为2/5λ₂＜L＜1/2λ₂；其中λ₁为天线第一工作频段的波长，λ₂为天线第二工作频段的波长，λ₁＜λ₂。

所述介电材料为陶瓷材料。

所述介电材料为高分子材料。

所述介电材料的相对介电常数ε_r＞5。

所述两个柱状体是由介电常数ε_r不同的介电材料制成的柱状体。

本发明相对于现有技术的优点和效果是：(1)本发明将两个四臂螺旋天线结构共轴叠加在一起，实现双频段圆极化工作。通过介质加载，不仅有效地缩小了整个螺旋天线的尺寸，而且使天线的近场能量全部耦合到介质中，能极大地减小靠近天线的人体组织或其它介质对天线性能的影响；(2)通过特殊的巴伦结构设计，将天线与不平衡的馈电系统隔离开来，避免了人体手持时对天线电流分布的影响。因此，该天线即使在手持而且人体非常靠近的情况下也能保持良好的方向性及圆极化性能，可广泛应用于GPS手机、PDA、相机等手持导航设备或其它卫星通讯设备。

附图说明

图1是本发明双频段叠层介质加载螺旋天线的一种结构示意图；

图2是本发明双频段叠层介质加载螺旋天线的另一种结构示意图；

图3是图2中A的局部放大图；

图4是图2中B的局部放大图；

图5是本发明双频段叠层介质加载螺旋天线的又一种结构示意图；

图6是本发明双频段叠层介质加载螺旋天线的再一种结构示意图；

图7是对图1和图2的双频段叠层介质加载螺旋天线进行实测的结果示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

本发明的基本结构如图1、图2、图5和图6所示，下述实施例均采用此基本结构：该天线由柱状体20和柱状体30构成，从原理上说两个柱状体的直径比例没有要求，为了实际的加工和制作方便，取柱状体30和柱状体20的直径比值＞1.2；从原理上说两个柱状体的高度比可为任意值，但为了实际加工和制作方便，柱状体30与柱状体20的高度比取1～4∶1；柱状体20和30的底部圆周外表面均有一层金属层22、32，底部端面也均有一层金属层23、33，金属层22、32与底部端面金属层23、33连成一体，就像两顶金属帽子，套在柱状体20、30的底部；

柱状体20的直径小于柱状体30的直径，柱状体20插入柱状体30的顶部，并与柱状体30紧密贴合，两者形成一个整体结构；

柱状体20的顶端表面布设有四片辐射金属片211、212、213、214，柱状体30的顶端表面布设有四片辐射金属片311、312、313、314，辐射金属片211、212、213、214、311、312、313、314分别由柱状体20、30的中心分别沿径向延伸，当分别延伸至柱状体20、30的顶端周缘后，再于柱状体20、30的圆周表面，依螺旋状路径，沿轴向延伸至柱状体20、30底部圆周外表面的金属层22、32处，并与金属层22、32相接触；在柱状体20的顶端表面上，每两个相邻辐射金属片211与212、213与214的相面对端彼此连接，形成两组天线结构；柱状体20上的四片辐射金属片211、212、213、214与柱状体30接触的一端在柱状体30顶端的表面上，分别与柱状体30上四片辐射金属片的311、312、313、314相连接。

柱状体20、30的轴心位置开设有一贯穿孔24、34，贯穿孔24、34内嵌入一同轴电缆35，同轴电缆35从柱状体30的底端穿入且伸出柱状体30的底端，从柱状体20的顶端穿出；同轴电缆35包括一绝缘体353，绝缘体353的外缘表面披覆有一导电遮蔽层(或遮蔽线)352，绝缘体353的中心位置设有一馈入针351，通过馈入针351的信号，在同轴电缆35内传送时，受导电遮蔽层352的遮蔽，而不被其他电磁波干扰。导电遮蔽层(或遮蔽线)352的顶端，与柱状体20的一组天线结构211与212位于柱状体20顶端的一端相连接，而馈入针351的顶端则与柱状体20的另一组天线结构213与214位于柱状体20顶端的一端相连接；导电遮蔽层352在穿过柱状体30的底部端面时与金属层33相接触，导电遮蔽层352在穿过柱状体20的底部端面时与金属层23相接触，馈入针351的底端作为本发明介质加载螺旋天线结构的馈入端，用于将所接收到的卫星信号传送至接收装置。

柱状体20底部圆周外表面的金属层22的电长度h₁为1/8λ₁＜h₁＜3/8λ₁，柱状体30底部圆周外表面的金属层32的电长度h₂为1/8λ₂＜h₂＜3/8λ₂，其中λ₁为天线第一工作频段的波长，λ₂为天线第二工作频段的波长，λ₁＜λ₂。位于两个柱状体底部圆周外表面的金属层22、32与位于柱状体底部端面的金属层23、33以及馈电同轴电缆一起，构成了一个Balun(平衡-不平衡转换器)，此Balun能将该天线与不平衡的馈电系统隔离开来，以保证天线性能的稳定。

实施例1

天线的具体结构如图1所示，柱状体20上的金属层22全部插入到柱状体30的顶部，两者紧密贴合形成一个整体结构。

辐射金属片211、212、213、214沿柱状体20的侧面依螺旋状路径延伸，但他们具有不同的长度，辐射金属片211和213的螺距稍大于辐射金属片212和214的螺距，如此就可以使得辐射金属片211和213的长度为0.45λ₁，稍短于半波长；辐射金属片212和214的长度为0.55λ₁，稍长于半波长，其中λ₁ 为天线第一工作频段的波长；辐射金属片311、312、313、314沿柱状体30的侧面依螺旋状路径延伸，但他们具有不同的长度，辐射金属片311和313的螺距稍大于辐射金属片312和314的螺距，如此使得辐射金属片311和313的长度为0.45λ₂，稍短于半波长；辐射金属片312和314的长度为0.55λ₂，稍长于半波长，其中λ₂为天线第二工作频段的波长；在柱状体30的顶端表面上，辐射金属片311、312、313、314的一端分别与柱状体20的四片辐射金属片211、212、213、214在其与金属层22接触处相连接。如此所形成的介质加载螺旋天线结构，在辐射金属片211、212、213、214之间以及辐射金属片311、312、313、314都可产生90°的相位差，因此该天线就能在λ₁，λ₂ 两个工作频段都具有宽角度接收圆极化卫星信号的能力。

在频率1575MHZ和1227MHZ下，由介电常数为39的介电材料制成直径为10毫米，高度为17.7毫米的柱状体20(对应λ₁为32毫米)，其底部圆周外表面的金属层22的高度为5.6毫米；由介电常数为21的介电材料制成直径为17毫米，高度为28毫米的柱状体30(对应λ₂为63毫米)，其底部圆周外表面的金属层32的高度为8.5毫米，按照上述结构制成双频段叠层介质加载螺旋天线，实测该天线的回波损耗如图7所示，图7中回波损耗的两个最小点对应得频率分别为1575MHZ和1227MHZ，值为-15.7dB和-9.2dB，对应于GPS的L1和L2频率。

此时，若再以另外一种双频天线结构——八臂螺旋天线与其进行比较，由于八臂螺旋天线采用空气为介质基体，则其尺寸将为：直径约为50毫米，高度约为100毫米。故本发明的叠层介质加载螺旋天线，体积缩小了约65％。

实施例2

天线的具体结构如图2所示：柱状体20的底部圆周外表面金属层22全部插入到柱状体30的顶部，两者紧密贴合形成一个整体结构。

辐射金属片211、212、213、214沿柱状体20的侧面依螺旋状路径延伸，它们具有相同的螺距，为实现辐射金属片212和214的长度大约比辐射金属片211和213长0.05λ₁，在金属层22与辐射金属片212和214相接触处挖有两个小凹槽(如图3所示)，其中λ₁为天线第一工作频段的波长；类似，辐射金属片311、312、313、314沿柱状体30的侧面依螺旋状路径延伸，它们具有相同的螺距，为实现辐射金属片312和314的长度大约比辐射金属片311和313长0.05λ₂，在金属层32与辐射金属片312和314相接触处挖有两个小凹槽(如图4所示)，其中λ₂为天线第二工作频段的波长；辐射金属片311、312、313、314的一端分别与柱状体20的四片辐射金属片211、212、213、214在其与金属层22接触处相连接。这种介质加载螺旋天线结构，在辐射金属片211、212、213、214之间以及辐射金属片311、312、313、314都可产生90°的相位差，能在λ₁，λ₂两个工作频段都具有宽角度接收圆极化卫星信号的能力。

在频率1575MHZ和1227MHZ下，由介电常数为18.6的介电材料制成直径为13毫米、高度为19.7毫米的柱状体20(对应λ₁为47毫米)，其底部圆周外表面的金属层22的高度为6.4毫米；由介电常数为21的介电材料制成直径为17毫米、高度为28毫米的柱状体30(对应λ₂为63毫米)，其底部圆周外表面的金属层32的高度为8.5毫米；按上述结构制作双频段叠层介质加载螺旋天线，实测该天线的回波损耗如图7所示，图7中回波损耗的两个最小点对应得频率分别为1575MHZ和1227MHZ，值为-15.7dB和-9.2dB，对应于GPS的L1和L2频率。

实施例3

天线的具体结构如图1所示：柱状体20由介电常数为7.0的介电材料制成，金属层22的电长度为0.31λ₁；柱状体30由介电常数为6.0的介电材料制成，金属层32的电长度为0.27λ₂；柱状体30与柱状体20的直径比值为1.5，高度比值为1.43，柱状体20底部圆周外表面的金属层22全部插入到柱状体30的顶部，两者紧密贴合形成一个整体结构。

为实现辐射金属片211、212、213、214之间产生90°的相位差，辐射金属片211和213以直线状路径，沿柱状体20的侧面，呈螺旋状延伸，围绕柱状体20的长度为0.48λ₁，而辐射金属片212和214则以蜿蜒状路径，沿所述柱状体20的侧面，呈螺旋状延伸，围绕所述柱状体的长度为0.53λ₁。类似，为实现辐射金属片311、312、313、314之间产生90°的相位差，辐射金属片311和313以直线状路径，沿所述柱状体30的侧面，呈螺旋状延伸，围绕所述柱状体的长度为0.48λ₂，而辐射金属片312和314则以蜿蜒状路径，沿所述柱状体30的侧面，呈螺旋状延伸，围绕所述柱状体的长度为0.53λ₂。其中， λ₁为天线第一工作频段的波长，λ₂为天线第二工作频段的波长，λ₁＜λ₂。在柱状体30的顶端表面上，辐射金属片311、312、313、314的一端分别与柱状体20的四片辐射金属片211、212、213、214在其与金属层22接触处相连接。这种介质加载螺旋天线结构，在辐射金属片211、212、213、214之间以及辐射金属片311、312、313、314都可产生90°的相位差，能在λ₁、λ₂两个工作频段都具有宽角度接收圆极化卫星信号的能力。

实施例4

天线的具体结构如图5所示：柱状体20由介电常数为7.0的介电材料制成，金属层22的电长度为0.23λ₁；柱状体30由介电常数为8.0的介电材料制成，金属层32的电长度为0.28λ₂；柱状体30与柱状体20的直径比值为1.25，高度比值为1.26，柱状体20的一半插入到柱状体30的顶部，两者紧密贴合形成一个整体结构。

辐射金属片211、212、213、214沿柱状体20的侧面依螺旋状路径延伸，但他们具有不同的长度，辐射金属片211和213的螺距稍大于辐射金属片212和214的螺距，如此就可以使得辐射金属片211和213的长度为0.46λ₁，稍短于半波长；辐射金属片212和214的长度为0.52λ₁，稍长于半波长。辐射金属片311、312、313、314沿柱状体30的侧面依螺旋状路径延伸，但他们具有不同的长度，辐射金属片311和313的螺距稍大于辐射金属片312和314的螺距，如此使得辐射金属片311和313的长度为0.46λ₂，稍短于半波长；辐射金属片312和314的长度为0.52λ₂，稍长于半波长，其中λ₁为天线第一工作频段的波长，λ₂为天线第二工作频段的波长，λ₁＜λ₂；在柱状体30的顶端表面上，辐射金属片311、312、313、314的一端分别与柱状体20的四片辐射金属片211、212、213、214位于柱状体20圆周表面的一端相连接。如此所形成的介质加载螺旋天线结构，在辐射金属片211、212、213、214之间以及辐射金属片311、312、313、314都可产生90°的相位差，因此该天线就能在λ₁，λ₂两个工作频段都具有宽角度接收圆极化卫星信号的能力。

实施例5

天线的具体结构如图6所示：柱状体20由介电常数为8.0的介电材料制成，金属层22的电长度为0.2λ₁；柱状体30由介电常数为7.0的介电材料制成，金属层32的电长度为0.18λ₂；柱状体30与柱状体20的直径比值为1.6，高度比值为1.47，柱状体20的顶端表面与柱状体30的顶端表面处于同一水平面，两者紧密贴合形成一个整体结构；

辐射金属片211、212、213、214沿柱状体20的侧面依螺旋状路径延伸，但他们具有不同的长度，辐射金属片211和213的螺距稍大于辐射金属片212和214的螺距，如此就可以使得辐射金属片211和213的长度为0.47λ₁，稍短于半波长；辐射金属片212和214的长度为0.54λ₁，稍长于半波长。辐射金属片311、312、313、314沿柱状体30的侧面依螺旋状路径延伸，但他们具有不同的长度，辐射金属片311和313的螺距稍大于辐射金属片312和314的螺距，如此使得辐射金属片311和313的长度为0.47λ₂，稍短于半波长；辐射金属片312和314的长度为0.54λ₂，稍长于半波长，其中λ₁为天线第一工作频段的波长，λ₂为天线第二工作频段的波长，λ₁＜λ₂；在柱状体30的顶端表面上，辐射金属片311、312、313、314的一端分别与柱状体20的四片辐射金属片211、212、213、214在柱状体20的周缘处相连接。如此所形成的介质加载螺旋天线结构，在辐射金属片211、212、213、214之间以及辐射金属片311、312、313、314都可产生90°的相位差，因此该天线就能在λ₁，λ₂两个工作频段都具有宽角度接收圆极化卫星信号的能力。

由天线的实测结果可以看出，本发明所制成的介质加载螺旋天线结构，不但在λ₁，λ₂两个工作频段都表现出良好的圆极化卫星信号接收能力，而且通过介质加载和完整的巴伦结构设计，不仅天线的尺寸非常小，即使在手持而且人体非常靠近的情况下该天线也保持良好的方向性及圆极化性能。可广泛应用于手机、PDA等手持导航设备或其它卫星通讯设备。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种双频段叠层介质加载螺旋天线，其特征是，包括：

2.根据权利要求1所述双频段叠层介质加载螺旋天线，其特征是，所述两个柱状体由介电材料制成。

3.根据权利要求1所述双频段叠层介质加载螺旋天线，其特征是，所述较细柱状体底部圆周外表面带有金属层的一段插入所述较粗柱状体顶部之中。

4.根据权利要求1或3所述双频段叠层介质加载螺旋天线，其特征是，所述位于较细柱状体底部圆周外表面的金属层，其电长度h₁为1/8λ₁＜h₁＜3/8λ₁；所述位于较粗柱状体底部圆周外表面的金属层，其电长度h₂为1/8λ₂＜h₂＜3/8λ₂；其中λ₁为天线第一工作频段的波长，λ₂为天线第二工作频段的波长，λ₁＜λ₂。

5.根据权利要求1或3所述双频段叠层介质加载螺旋天线，其特征是，所述较细柱状体上的四片辐射金属片，其中位置相对的两片辐射金属片的长度L为1/2λ₁＜L＜3/5λ₁，位置相对的另两片辐射金属片的长度L为2/5λ₁＜L＜1/2λ₁；所述较粗柱状体上的四片辐射金属片，其中位置相对的两片辐射金属片的长度L为1/2λ₂＜L＜3/5λ₂，位置相对的另两片辐射金属片的长度L为2/5λ₂＜L＜1/2λ₂；其中λ₁为天线第一工作频段的波长，λ₂为天线第二工作频段的波长，λ₁＜λ₂。

6.权利要求2所述双频段叠层介质加载螺旋天线，其特征是，所述介电材料为陶瓷材料。

7.根据权利要求2所述双频段叠层介质加载螺旋天线，其特征是，所述介电材料为高分子材料。

8.根据权利要求2所述双频段叠层介质加载螺旋天线，其特征是，所述介电材料的相对介电常数ε_r＞5。

9.根据权利要求1或2所述双频段叠层介质加载螺旋天线，其特征是，所述两个柱状体是由介电常数ε_r不同的介电材料制成的柱状体。