CN101465464A - 反相螺旋天线 - Google Patents

Abstract

一种反相螺旋小天线，它主要由上下至少两个谐振单元组成的天线振子，所述的天线振子的上端设置有由反向法向模螺旋线构成的谐振单元，下段设置有由铜管巴伦电路构成的另一谐振单元；所述的反向法向模螺旋线实在天线振子上端部焊接有向下套置在天线振子上的螺旋弹簧组成；本发明与现有技术相比，具有结构简单，使用方便可靠，能同时满足双频段内宽频带低驻波要求，且本发明的天线增益要高于一般同尺寸天线的增益等特点。

Description

反相螺旋天线

技术领域

本发明涉及的是一种应用在通讯技术领域的天线，尤其是目前广泛应用的双频段GSM技术领域。

技术背景

近年来随着移动通信的迅速发展，还有包括工业上遥感遥测的应用；有限的频率资源对通讯提出了越来越严的要求，如发射功率的规定；为了有效利用频率资源跳频扫描技术的问世，现在对通讯天线提出了越来越苛刻的要求，由原有的单频段到现在的多频段、窄带到宽频带，目前市场上较为成熟的一种技术是两个频段分别用两个导体作为天线的谐振单元，然后再用匹配网络连在一起，但这样很难做小，特别是在移动通讯领域这是绝对不能容许的。因此目前市场上较多的是采用了自然倍频原理，让其低端频率适当偏低，从而使它的倍频频率就工作在高端频率段，严格地说同一段导体在频率低端作为1/4波长的天线，而在频率高端又作为5/8波长的天线，这样做又有一个大问题就是频率联动，不能同时工作在最佳状态；市场上还有一种应用较广的天线，它分别用一段导体和一段螺旋线作为天线的两个谐振单元，互相感应达到相对匹配，这种天线的最大缺点是匹配不理想驻波大，频段窄，不能做到在有效的频率范围内全覆盖，从而使通信质量难以有效保证。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种结构简单，使用方便可靠，能同时满足双频段内宽频带低驻波要求的反相螺旋小天线。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，它主要由上下至少两个谐振单元组成的天线振子，所述的天线振子的上端设置有由反向法向模螺旋线构成的谐振单元，下段设置有由铜管巴伦电路构成的另一谐振单元。

所述的反向法向模螺旋线是在天线振子上端部焊接有向下套置在天线振子上的螺旋弹簧组成。

本发明与现有技术相比，具有结构简单，使用方便可靠，能同时满足双频段内宽频带低驻波要求，且本发明的天线增益要高于一般同尺寸天线的增益等特点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明实际测得的天线增益图。

图3是本发明实际测得的回波损耗图和驻波图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作详细的介绍：附图1所示，本发明主要由上下至少两个谐振单元组成的天线振子1，所述的天线振子1的上端设置有由反向法向模螺旋线2构成的谐振单元，下段设置有由铜管巴伦电路3构成的另一谐振单元。

所述的反向法向模螺旋线2是在天线振子1上端部焊接有向下套置在天线振子上的螺旋弹簧组成。

本发明在天线振子1顶部采用了一段反向法向模的螺旋线，底部还采用了铜管巴伦电路设计。

设计原理：为了螺旋天线工作在法向模，螺旋尺寸必须远远小于波长，而螺旋线我们可近似看成若干个小环和同等高度的偶极子组成，小环的远区电场是

理想偶极子的电场是

$E_d=\stackrel{\→}{\mathrm{\θ}}\mathrm{jkI}\frac{e^{-\mathrm{jkr}}}{4\mathrm{\π\γ}}\sin \mathrm{\θ}$

两个矢量都有sin方向图，且两者相位差90度，电场分量的比是：

$\left|\mathrm{AR}\right|=\frac{\left|E_{\mathrm{\θ}}\right|}{\left|E_d\right|}=\frac{\mathrm{\ηKIS}}{{\mathrm{\ηK}}^2\frac{\mathrm{\π}}{4}{D}^{2}I}=\frac{2\mathrm{S\λ}}{{\left(\mathrm{\πD}\right)}^2}$

为得到法向模的圆极化得出螺旋螺距角

${\mathrm{\α}}_{\mathrm{cp}}=\arcsin \left[\frac{-1+\sqrt{1+{(L/\mathrm{\λ})}^2}}{L/\mathrm{\λ}}\right]$

对于GSM的高端频1710MHZ～1990MHZ螺旋线的相对长度设计为1/2波长，由于天线的电流传播为正弦分布，当电长度大于1/2波长时电流相位反相，因此本天线在顶部采用了反相接入法向模螺旋线，负负得正；巧妙地克服了电流相位反相的问题，从而使辐射电阻增大，在有限的体积内提高了天线增益。

而对于GSM的低端频率824MHZ～960MHZ，这时螺旋线相对长度远小于1/2波长，而螺旋线又在天线的顶部，由于天线的电流传播为正弦分布sinθ，θ值很小时电流值也很小，因此此时的螺旋线对于整个天线来说可以忽略不计。

底部采用了套筒巴伦电路设计，当天线工作在GSM的高端频率1710MHZ～1990MHZ时，天线从顶部到馈电点的波长正好是3/4波长处，此时阻抗虚部为零为纯电阻，而套筒长度也正好为1/4波长，因此正好匹配，而当天线工作在GSM的低端频率824MHZ～960MHZ时，天线从顶部到馈电点的波长大约是3/8波长处，此时天线馈电点成感性，而此时套筒长度大约为1/8波长成容性，正好谐振在工作频率达到匹配。真是由于这套筒巴伦的设计使得天线能很好地工作在两个不同的频率。

附图2所示的是本天线实际测得的天线增益图，从图中看出显然与理论推理相符，图中红色曲线为本发明设计的天线，黑色曲线为一般同样尺寸的天线，很明显本天线的增益要高于一般同尺寸天线的增益，尤其是在频率的高端，增益明显提高。

附图3所示的是天线实际测得的回波损耗图和驻波图，图中红色曲线为本发明设计天线的驻波曲线，绿色曲线是本发明设计天线的回波损耗曲线，黑色曲线为一般同样尺寸的天线。很明显本天线在GSM频段范围内，驻波低、回波损耗小、带宽宽；明显优于一般同样尺寸的天线。

Claims (2)

1、一种反相螺旋小天线，它主要由上下至少两个谐振单元组成的天线振子，其特征在于所述的天线振子(1)的上端设置有由反向法向模螺旋线(2)构成的谐振单元，下段设置有由铜管巴伦电路(3)构成的另一谐振单元。

2、根据权利要求1所述的反相螺旋小天线，其特征在于所述的反向法向模螺旋线(2)是在天线振子(1)上端部焊接有向下套置在天线振子上的螺旋弹簧组成。

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