CN102509853B - 无需巴伦带圆盘的双臂双激励螺旋天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种无线通信领域的无需巴伦带圆盘的双臂双激励螺旋天线，包括：螺旋天线，同轴线，金属圆盘，金属腔以及吸波材料，其中：螺旋天线的每一臂与一个同轴线相连接，对天线进行馈电，两臂的馈电有180°的相位差；金属圆盘位于螺旋天线平面下方，金属圆盘与同轴线外导体连接，螺旋天线下方设有金属腔以及吸波材料。本发明通过在天线下方放置一金属圆盘实现无需巴伦的双激励，以实现多输入多输出，简化天线结构，降低制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种无线技术领域的天线，具体是一种无需巴伦带圆盘的双臂双激励螺旋天线。
背景技术
人们对通信性能要求的不断提高使得在许多通信系统中要求天线同时具有小型化、宽频带、圆极化、多输入多输出和馈电结构简单等特性。螺旋天线因其小型化、宽频带、和圆极化等特点得到了广泛的应用。但传统的螺旋天线大多采用单馈源馈电，馈电结构虽然简单但无法实现多输入多输出，而用两个同轴线馈电的结构又需要复合巴伦功分器电路，使得馈电结构变得复杂，成本增加。无需巴伦的双激励螺旋天线为馈源数量与馈电结构之间的矛盾提供了有效的解决方案。
经过对现有相关技术文献的检索发现，Nakano等人在IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION发表的论文“Extremely Low-Profile, Single-Arm,Wideband Spiral Antenna Radiating a Circularly Polarized Wave”设计了一种单臂单激励的螺旋天线，实现了小型化、宽频带、圆极化性能。但是该天线采用单馈源馈电，其应用范围将会受到一定的限制。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种无需巴伦带圆盘的双臂双激励螺旋天线，具有双输入双输出、馈电结构简单，制造成本低，性能良好的优点。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：螺旋天线，同轴线，金属圆盘，金属腔以及吸波材料，其中：螺旋天线的每一臂与一个同轴线相连接，对天线进行馈电，两臂的馈电有180°的相位差；金属圆盘位于螺旋天线平面下方，金属圆盘与同轴线外导体连接，螺旋天线下方设有金属腔以及吸波材料。
所述的螺旋天线为阿基米德螺旋天线。天线向上辐射右旋圆极化波，向下辐射左旋圆极化波。
所述的金属圆盘，当圆盘的半径小于螺旋天线的有效辐射区半径并且圆盘与螺旋天线的间距很小，螺旋天线将辐射双向圆极化波束，此时金属圆盘不起反射电磁波的作用，并且方向图基本关于螺旋天线的轴线(垂直于天线所在平面)对称。金属圆盘的周长应接近最高工作频率所对应的波长，使得在宽频带内轴比、增益、驻波比性能良好，否则性能将下降。
所述的金属腔为碗形，可以使螺旋天线辐射单向波束，这符合实际应用的要求。
所述的吸波材料为环形。吸波材料吸收螺旋天线向下辐射的不需要的左旋圆极化波，抑制交叉极化，提高轴比，使得天线辐射的单向波束接近圆极化。
本发明通过在天线下方放置一金属圆盘实现无需巴伦的双激励，以实现多输入多输出，简化天线结构，降低制造成本。
与现有的技术相比，本发明的有益效果：1.可实现双输入双输出；2.馈电结构简单，无需巴伦，成本低；3.天线尺寸小，结构紧凑；4.天线轴比低，辐射圆极化电磁波。
附图说明
图1为本发明一实施例的分解图；
图2为本发明一实施例的侧视图；
图3为本发明一实施例的驻波比曲线图；
图4为本发明一实施例的2.64GHz时的x-z平面的实现增益方向图；
图5为本发明一实施例的z轴方向的轴比曲线图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1，图2所示，本实施例包括：双臂阿基米德螺旋天线1，同轴线2，金属圆盘3，金属腔4，吸波材料5。其中：螺旋天线1的每一臂与一个同轴线2相连接，对天线进行馈电，两臂的馈电有180°的相位差；金属圆盘3位于螺旋天线1平面下方，金属圆盘3与同轴线2外导体连接，螺旋天线1下方设有金属腔4以及吸波材料5。
本实施例中，采用应用环境的等效模型6模拟实际应用中天线所处的环境。
本实施例中，所述的双臂阿基米德螺旋天线1的极坐标表达式为
和
，其中
，螺旋线间距s=1mm，螺旋线宽w=1mm。
本实施例中，所述的同轴线2，内导体半径0.25mm，与螺旋天线1连接，中心馈电；外导体内半径0.86mm，外半径1.08mm，与金属圆盘3连接；介质为Taconic TLY，与金属圆盘3连接，同轴线阻抗50Ω。
本实施例中，所述的金属圆盘3为半径30mm，高0. 3mm的圆柱体，所在平面与天线1所在平面平行，二者间距5mm。
本实施例中，所述的金属腔4，半径56mm，高7. 3mm。金属腔4的底面与金属圆盘3间距为2mm。
本实施例中，所述的吸波材料5，内半径40mm，外半径56mm，高7. 3mm。吸波材料采用美国TDK公司生产的Model ISFA TDK EM型吸波材料。
本实施例中，所述的应用环境的等效模型6为半径63mm，高50mm的圆柱体。
本实施例中，螺旋天线1印刷在PCB板7的底面，PCB板为FR4板材，相对介电常数为4.4，损耗角正切为0.02，厚度1mm。
本实施例中，金属圆盘3也印刷在PCB板上，上下两个面都覆有铜。PCB板为国产F4B板，相对介电常数为2.65，损耗角正切为0.003，厚度为0.3mm。
如图3~5所示，本实施例的天线在0.9GHz~2.64GHz频段内，驻波比均小于2，轴比小于2dB，天线辐射关于天线轴线对称的单向圆极化波。2.64GHz时最大实现增益为8.4dB。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (5)
1.一种无需巴伦带圆盘的双臂双激励螺旋天线，其特征在于包括：螺旋天线，同轴线，金属圆盘，金属腔以及吸波材料，其中：螺旋天线的每一臂与一个同轴线相连接，对天线进行馈电，两臂的馈电有180°的相位差；金属圆盘位于螺旋天线平面下方，金属圆盘与同轴线外导体连接，螺旋天线下方设有金属腔以及吸波材料；
所述的螺旋天线为阿基米德螺旋天线，该天线向上辐射右旋圆极化波，向下辐射左旋圆极化波；
所述的金属圆盘的半径小于螺旋天线的有效辐射区半径，并且金属圆盘与螺旋天线的间距很小，螺旋天线辐射双向圆极化波束，此时金属圆盘不起反射电磁波的作用，并且方向图关于螺旋天线的轴线对称；
所述的吸波材料为环形，吸波材料吸收螺旋天线向下辐射的不需要的左旋圆极化波；
所述的螺旋天线印刷在PCB板的底面，由两个同轴线激励，并且无需巴伦，每一臂分别与同轴线内导体相连。
2.根据权利要求1所述的无需巴伦带圆盘的双臂双激励螺旋天线，其特征在于：所述的金属圆盘所在平面与螺旋天线所在平面平行。
3.根据权利要求2所述的无需巴伦带圆盘的双臂双激励螺旋天线，其特征在于：所述金属圆盘的周长接近最高工作频率所对应的波长。
4.根据权利要求1所述的无需巴伦带圆盘的双臂双激励螺旋天线，其特征在于：所述的金属腔为碗形，使螺旋天线辐射单向波束。
5.根据权利要求1所述的无需巴伦带圆盘的双臂双激励螺旋天线，其特征在于：所述的同轴线阻抗50Ω。
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