CN104332704B - 一种用于移动卫星通信系统的手持机终端天线 - Google Patents

一种用于移动卫星通信系统的手持机终端天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于移动卫星通信系统的手持机终端天线，包括四臂螺旋天线、圆极化网络部件和天线外壳，所述的四臂螺旋天线包括第一至第四螺旋臂贴片和介质圆筒，第一至第四螺旋臂贴片螺旋印制在介质圆筒外壁，介质圆筒固定在圆极化网络部件上，介质圆筒外部设有天线外壳；圆极化网络部件包括第一至第四微带贴片和LTCC圆极化网络，第一至第四微带贴片的其中一端分别与LTCC圆极化网络的四个输出端口连接，第一至第四微带贴片的另一端分别与第一至第四螺旋臂贴片连接；所述LTCC圆极化网络的输入端口为射频连接器，所述射频连接器与手持机终端的射频电路连接。

Description

一种用于移动卫星通信系统的手持机终端天线
技术领域
本发明涉及一种天线，应用于移动卫星通信系统，具体涉及一种用于移动卫星通信系统的手持机终端天线。
背景技术
卫星通信终端通常具有收发两个频段，因此卫星通信手持机天线要求双频段工作。而普通的四臂螺旋天线是谐振天线，带宽较窄，因此需要研究宽频或双频四臂螺旋天线。
由于受到手持机尺寸的限制，手持机天线不但对工作频段和增益有要求，还对其尺寸有一定限制。s频段手持机天线要求直径在15mm以内，高度在90mm以内。
目前四臂螺旋天线主要包含两种，一种是直接采用金属导线绕制成螺旋形状，第二种是印刷四臂螺旋天线。其中第二种由于具有体积小、重量轻等优点，更适合作为手持机天线。
2006年，Yoann Letestu在IEEE Transactions on Antennas and Propagation上发表文章Broadband Folded Printed Quadrifilar Helical Antenna，设计了宽带四臂螺旋天线。该天线的优点是带宽较宽，大概为30％，可以覆盖手持机天线的收发频段，但是直径较大，难以满足手持机天线的尺寸要求。
为了实现收发共用，也可以采用双频段四臂螺旋天线。最简单的一种双频四臂螺旋天线就是白旭东等人发表在中国电子科学研究院学报的文章《一种新型双频宽波束四臂螺旋天线的设计》。该文章通过将工作于不同频段的两副结构类似的天线以内外共轴的方式形成一个整体来实现双频工作，优点是两个频段都实现了较好的宽波束圆极化性能，缺点是两副天线均采用金属导线绕制，除了重量较重之外，体积也很难满足对手持机天线的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种宽频带，体积小的用于移动卫星通信系统的手持机终端天线。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种用于移动卫星通信系统的手持机终端天线，包括四臂螺旋天线、圆极化网络部件和天线外壳，其特征在于：所述的四臂螺旋天线包括第一至第四螺旋臂贴片和介质圆筒，第一至第四螺旋臂贴片螺旋印制在介质圆筒外壁，介质圆筒固定在圆极化网络部件上，介质圆筒外部设有天线外壳；圆极化网络部件包括第一至第四微带贴片和LTCC圆极化网络，第一至第四微带贴片各自的一端分别与LTCC圆极化网络的四个输出端口一一对应连接，第一至第四微带贴片各自的另一端分别与第一至第四螺旋臂贴片一一对应连接；所述LTCC圆极化网络的输入端口用于连接外部的手持机终端射频电路。
其中，所述的第一至第四螺旋臂贴片结构均相同；所述第一螺旋臂贴片由主螺旋臂、次螺旋臂、第一辅螺旋臂和第二辅螺旋臂一次成型，次螺旋臂的一端与位于介质圆筒底部的第一微带贴片焊接，次螺旋臂的另一端接主螺旋臂的一端，主螺旋臂的另一端分别接第一辅螺旋臂的一端和第二辅螺旋臂的一端，第一辅螺旋臂的另一端到达介质圆筒的顶部；第一辅螺旋臂和第二辅螺旋臂设置平行且第一辅螺旋臂的长度略长于第二辅螺旋臂。
其中，所述的主螺旋臂的宽度均比次螺旋臂、第一辅螺旋臂和第二辅螺旋臂各自的宽度宽；主螺旋臂一端的中心位置接次螺旋臂，主螺旋臂另一端的左侧边部位置接第一辅螺旋臂，其右侧边部位置接第二辅螺旋臂。
其中，还包括射频连接器，所述LTCC圆极化网络的输入端口连接射频连接器的输出端口，射频连接器的输入端口用于连接外部的手持机终端射频电路。
其中，所述的第一至第四微带贴片的特性阻抗均为50欧姆。
其中所述的介质圆筒由介电常数为2.2且厚度为0.127mm的柔性介质板围合而成。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1、本发明将天线的四条螺旋臂印刷在柔性介质板上，再将介质板卷成圆柱形，形成辐射天线，以此来保证天线的体积和重量。
2、为了实现双频工作，本发明将普通四臂螺旋天线的天线臂分成三段，第一段螺旋臂较细，第二段螺旋臂较粗，最后一段螺旋臂为两条长度不等的较细螺旋臂，以此来实现双频工作，通过调节三段螺旋臂的尺寸可以保证两个频段的带宽大致相同，以此来保证收发频段的带宽均能满足要求。
3、采用LTCC圆极化网络来保证四臂螺旋天线圆极化网络的尺寸，以此保证天线的小型化设计。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是四臂螺旋天线的结构示意图；
图3是圆极化网络部件的结构示意图；
图4是四臂螺旋天线的平面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1和图4所示，本发明一种用于移动卫星通信系统的手持机终端天线，包括四臂螺旋天线1、圆极化网络部件2、射频连接器3和天线外壳4。所述的介质圆筒9由介电常数为2.2且厚度为0.127mm的柔性介质板围合而成。
所述的四臂螺旋天线1包括第一螺旋臂贴片5、第二螺旋臂贴片6、第三螺旋臂贴片7和第四螺旋臂贴片8和介质圆筒9，第一至第四螺旋臂贴片螺旋印制在介质圆筒9外壁上，介质圆筒9固定在圆极化网络部件2上，介质圆筒9外部设有天线外壳4；圆极化网络部件2包括第一微带贴片10、第二微带贴片11、第三微带贴片12、第四微带贴片13和LTCC圆极化网络14，第一螺旋臂贴片5、第二螺旋臂贴片6、第三螺旋臂贴片7和第四螺旋臂贴片8各自的一端分别与LTCC圆极化网络14的四个输出端口一一对应连接，第一螺旋臂贴片5、第二螺旋臂贴片6、第三螺旋臂贴片7和第四螺旋臂贴片8各自的另一端分别与第一微带贴片10、第二微带贴片11、第三微带贴片12、第四微带贴片13一一对应连接。所述LTCC圆极化网络14的输入端口用于连接外部的手持机终端射频电路。作为另一种实施例，所述LTCC圆极化网络14的输入端口连接射频连接器3的输出端口，射频连接器3的输入端口用于连接外部的手持机终端射频电路。
所述的第一螺旋臂贴片5、第二螺旋臂贴片6、第三螺旋臂贴片7和第四螺旋臂贴片8结构均相同；所述第一螺旋臂贴片5由主螺旋臂16、次螺旋臂15、第一辅螺旋臂18和第二辅螺旋臂17一次成型，次螺旋臂15的一端与位于介质圆筒9底部的第一微带贴片10焊接，次螺旋臂15的另一端接主螺旋臂16的一端，主螺旋臂16的另一端分别接第一辅螺旋臂的一端18和第二辅螺旋臂17的一端，第一辅螺旋臂的另一端18到达介质圆筒9的顶部；第一辅螺旋臂18和第二辅螺旋臂17设置平行且第一辅螺旋臂18的长度略长于第二辅螺旋臂17。实施例中，第一至第四微带贴片的特性阻抗均为50欧姆。
所述的主螺旋臂16的宽度均比次螺旋臂15、第一辅螺旋臂18和第二辅螺旋臂17各自的宽度宽；主螺旋臂16一端的中心位置接次螺旋臂15，主螺旋臂16另一端的左侧边部位置接第一辅螺旋臂18，其右侧边部位置接第二辅螺旋臂17。
工作原理：手机处于发射状态时，其发射信号通过LTCC圆极化网络形成四路幅度相等，相位依次相差90°的射频信号，这四路信号通过四臂螺旋天线合成圆极化波辐射到自由空间；手机处于接收状态时，四臂螺旋天线的四条螺旋臂依次接收到四路射频信号，并通过LTCC圆极化网络合成圆极化波，进入到手机的射频接收通道。四臂螺旋天线每条螺旋臂包含主螺旋臂、次螺旋臂、第一辅螺旋臂和第二辅螺旋臂，通过调节第一辅螺旋臂和第二辅螺旋臂的长度，可以形成发射和接收两个谐振频率；通过调节主螺旋臂和次螺旋臂长度和宽度来调节输入阻抗，可以保证两个谐振频率的带宽均能覆盖收发频段。

Claims (5)

1.一种用于移动卫星通信系统的手持机终端天线，包括四臂螺旋天线(1)、圆极化网络部件(2)和天线外壳(4)，其特征在于：所述的四臂螺旋天线(1)包括第一至第四螺旋臂贴片(5、6、7、8)和介质圆筒(9)，第一至第四螺旋臂贴片(5、6、7、8)螺旋印制在介质圆筒(9)外壁，介质圆筒(9)固定在圆极化网络部件(2)上，介质圆筒(9)外部设有天线外壳(4)；圆极化网络部件(2)包括第一至第四微带贴片(10、11、12、13)和LTCC圆极化网络(14)，第一至第四微带贴片(10、11、12、13)各自的一端分别与LTCC圆极化网络(14)的四个输出端口一一对应连接，第一至第四微带贴片(10、11、12、13)各自的另一端分别与第一至第四螺旋臂贴片(5、6、7、8)一一对应连接；所述LTCC圆极化网络(14)的输入端口用于连接外部的手持机终端射频电路；
其中，所述的第一至第四螺旋臂贴片(5、6、7、8)结构均相同；所述第一螺旋臂贴片(5)由主螺旋臂(16)、次螺旋臂(15)、第一辅螺旋臂(18)和第二辅螺旋臂(17)一次成型，次螺旋臂(15)的一端与位于介质圆筒(9)底部的第一微带贴片(10)焊接，次螺旋臂(15)的另一端接主螺旋臂(16)的一端，主螺旋臂(16)的另一端分别接第一辅螺旋臂(18)的一端和第二辅螺旋臂(17)的一端，第一辅螺旋臂(18)的另一端到达介质圆筒(9)的顶部；第一辅螺旋臂(18)和第二辅螺旋臂(17)设置平行且第一辅螺旋臂(18)的长度略长于第二辅螺旋臂(17)。
2.根据权利要求1所述的一种用于移动卫星通信系统的手持机终端天线，其特征在于：所述的主螺旋臂(16)的宽度均比次螺旋臂(15)、第一辅螺旋臂(18)和第二辅螺旋臂(17)各自的宽度宽；主螺旋臂(16)一端的中心位置接次螺旋臂(15)，主螺旋臂(16)另一端的左侧边部位置接第一辅螺旋臂(18)，其右侧边部位置接第二辅螺旋臂(17)。
3.根据权利要求1所述的一种用于移动卫星通信系统的手持机终端天线，其特征在于：还包括射频连接器(3)，所述LTCC圆极化网络(14)的输入端口连接射频连接器(3)的输出端口，射频连接器(3)的输入端口用于连接外部的手持机终端射频电路。
4.根据权利要求1所述的一种用于移动卫星通信系统的手持机终端天线，其特征在于：所述的第一至第四微带贴片(10、11、12、13)的特性阻抗均为50欧姆。
5.根据权利要求1所述的一种用于移动卫星通信系统的手持机终端天线，其特征在于：所述的介质圆筒(9)由介电常数为2.2且厚度为0.127mm的柔性介质板围合而成。
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