CN106549214A - 双频宽带四臂螺旋天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双频宽带四臂螺旋天线，包括：支撑介质、第一频段主四臂螺旋单元，至少一组第一频段寄生四臂螺旋单元、至少一组第二频段寄生四臂螺旋单元、接地板。其中，第一频段主四臂螺旋单元、各组第一频段寄生四臂螺旋单元及各组第二频段寄生四臂螺旋单元均缠绕于支撑介质上，支撑介质固定于接地板上。第一频段主四臂螺旋单元和各组第一频段寄生四臂螺旋单元的谐振频率接近，各组第二频段寄生四臂螺旋单元的谐振频率接近。该双频宽带四臂螺旋天线可以提高增益带宽。

Description

双频宽带四臂螺旋天线

技术领域

本发明涉及无线通信天线技术领域，特别是涉及一种双频宽带四臂螺旋天线。

背景技术

四臂螺旋天线是一种具有圆极化和宽波束特征的天线，并且具有结构紧凑、环境适应性强等优点，它广泛应用于卫星通信和全球定位系统等无线电技术领域。然而，四臂螺旋天线作为一种谐振天线，带宽很窄，不能满足多系统多频段的要求。为了满足双频工作的需要，双频四臂螺旋天线的应用范围越来越广。一般的双频四臂螺旋天线设计为上下叠层或内外嵌套的方式来实现双频点工作。

在上下叠层的双频四臂螺旋天线中，通过在上、下层分别设置谐振频率为不同频点的两组四臂螺旋来实现双频工作。而在内外嵌套的双频四臂螺旋天线中，通过在内、外两圈分别设置谐振频率为不同频点的两组四臂螺旋来实现双频工作。然而，以上的双频四臂螺旋天线虽然克服了单频点工作的问题，却分别只能在各单频点工作，增益带宽较窄，可工作的频带范围具有局限性。

发明内容

基于此，有必要针对传统双频四臂螺旋天线增益带宽较窄的问题，提供一种具有较宽的增益带宽的双频宽带四臂螺旋天线。

上述的双频宽带四臂螺旋天线具有的有益效果为：

一种双频宽带四臂螺旋天线，包括：支撑介质、第一频段主四臂螺旋单元，至少一组第一频段寄生四臂螺旋单元、至少一组第二频段寄生四臂螺旋单元、接地板；

所述支撑介质固定于所述接地板上；所述第一频段主四臂螺旋单元、各组第一频段寄生四臂螺旋单元及各组第二频段寄生四臂螺旋单元均缠绕于所述支撑介质上；所述第一频段主四臂螺旋单元接馈电端口，所述各组第一频段寄生四臂螺旋单元、各组第二频段寄生四臂螺旋单元均与接地板连接，通过电磁耦合进行激励；

所述第一频段主四臂螺旋单元及各组第一频段寄生四臂螺旋单元的谐振频率为第一频段范围内不同的第一频段频点，其中任意相邻两个第一频段频点之间的差值，至少保证所述双频宽带四臂螺旋天线接收或发射的所述相邻两个第一频段频点之间的各频点信号质量均能满足正常工作的要求；

所述各组第二频段寄生四臂螺旋单元的谐振频率为第二频段范围内不同的第二频段频点，其中任意相邻两个第二频段频点之间的差值，至少保证所述双频宽带四臂螺旋天线接收或发射的所述相邻两个第二频段频点之间的各频点信号质量均能满足正常工作的要求。

在其中一个实施例中，所述支撑介质为由绝缘材料围成的圆柱侧面或圆锥侧面。

在其中一个实施例中，所述支撑介质包括第一支撑介质、第二支撑介质，且所述第一支撑介质、第二支撑介质均固定于所述接地板上。

在其中一个实施例中，所述第一频段主四臂螺旋单元、各组第一频段寄生四臂螺旋单元、各组第二频段寄生四臂螺旋单元按任意组合分别缠绕于所述第一支撑介质、第二支撑介质上。

在其中一个实施例中，所述第一支撑介质、第二支撑介质分别为由绝缘材料围成的同轴但底面半径不同的内、外圆柱的侧面，或所述第一支撑介质、第二支撑介质分别为由绝缘材料围成的同轴但底面半径不同的内、外圆锥的侧面。

在其中一个实施例中，所述第一频段主四臂螺旋单元、各组第一频段寄生四臂螺旋单元、各组第二频段寄生四臂螺旋单元均包括四根螺旋臂。

上述的双频宽带四臂螺旋天线具有的有益效果为：

1、该双频宽带四臂螺旋天线中第一频段主四臂螺旋单元及各组第一频段寄生四臂螺旋单元对应的各第一频段频点中，其中任意相邻两个第一频段频点之间的差值较小，提升了该双频宽带四臂螺旋天线在第一频段的增益带宽，至少保证双频宽带四臂螺旋天线接收或发射的该相邻两个第一频段频点之间的各频点信号质量均能满足正常工作的要求；

各组第二频段寄生四臂螺旋单元对应的各第二频段频点中，其中任意相邻两个第二频段频点之间的差值较小，提升了该双频宽带四臂螺旋天线在第二频段的增益带宽，至少保证双频宽带四臂螺旋天线接收或发射的该相邻两个第二频段频点之间的各频点信号质量均能满足正常工作的要求。

2、该双频宽带四臂螺旋天线第一频段主四臂螺旋单元接馈电端口，而各组第一频段寄生四臂螺旋单元、各组第二频段寄生四臂螺旋单元只需通过连接接地板，利用电磁耦合进行激励即可，无需再额外增加馈电结构，因此，该双频宽带四臂螺旋天线的馈电结构简单，便于实现天线的小型化设计。

附图说明

图1为第一实施例的双频宽带四臂螺旋天线的结构图。

图2为第二实施例的双频宽带四臂螺旋天线的结构图。

图3为图2所示实施例中的双频宽带四臂螺旋天线中第一支撑介质、接地板及各组第一频段四臂螺旋单元的结构关系图。

图4为图2所示实施例中的双频宽带四臂螺旋天线中第二支撑介质、接地板及各组第二频段四臂螺旋单元之间的结构关系图。

具体实施方式

图1示出了第一实施例中双频宽带四臂螺旋天线的结构图。如图1所示，双频宽带四臂螺旋天线包括：支撑介质110、第一频段主四臂螺旋单元120、第一频段寄生四臂螺旋单元131、第一组第二频段寄生四臂螺旋单元141、第二组第二频段寄生四臂螺旋142、接地板150。在本实施例中，选用一组第一频段寄生四臂螺旋单元，两组第二频段寄生四臂螺旋单元。

支撑介质110固定于接地板150上，第一频段主四臂螺旋单元120、第一频段寄生四臂螺旋单元131、第一组第二频段寄生四臂螺旋单元141、第二组第二频段寄生四臂螺旋142均缠绕于支撑介质110上。

第一频段主四臂螺旋单元120、第一频段寄生四臂螺旋单元131、第一组第二频段寄生四臂螺旋单元141及第二组第二频段寄生四臂螺旋142各自均包括四根螺旋臂，且各螺旋臂均与接地板150连接。需注意的是，任一四臂螺旋单元的四根螺旋臂均以相同的方向缠绕于支撑介质110上。

支撑介质110，用来支撑各四臂螺旋单元，且支撑介质110为由绝缘材料围成的圆柱的侧面。

另外，支撑介质110也可为由绝缘材料围成的圆锥的侧面或其他类型的形状，保证能满足便于缠绕各螺旋臂、天线小型化设计的要求即可。

第一频段主四臂螺旋单元120用于接馈电端口，其谐振频率为第一频段范围内的第一频段频点，且各螺旋臂与馈电端口连接的一端电流相同、相位从小到大依次排列构成公差为90度的等差数列。而第一频段寄生四臂螺旋单元131、第一组第二频段寄生四臂螺旋单元141、第二组第二频段寄生四臂螺旋142均利用接地板150通过电磁耦合进行激励。

因此，本实施例中的双频宽带四臂螺旋天线只通过第一频段主四臂螺旋单元120连接馈电端口，而无需增加额外的馈电端，馈电结构简单，便于实现天线的小型化设计。

第一频段寄生四臂螺旋单元131的谐振频率为第一频段范围内的另一个第一频段频点，且该第一频段寄生四臂螺旋单元131的四根螺旋臂的长度与第一频段主四臂螺旋单元120各螺旋臂的长度接近，即这两组四臂螺旋单元的谐振频率对应的两个第一频段频点的值相差较小。

在本发明中，设置第一频段主四臂螺旋单元120和第一频段寄生四臂螺旋单元131对应的两个第一频段频点的差值为较小的值，从而提升了双频宽带四臂螺旋天线在第一频段的增益带宽，使得双频宽带四臂螺旋天线接收或发射的这两个第一频段频点之间的各频点信号质量均能满足正常工作的要求。

需要说明的，双频宽带四臂螺旋天线还可包括两组或两组以上的第一频段寄生四臂螺旋单元，在这种情况下，同样将各组第一频段寄生四臂螺旋单元利用接地板150通过电磁耦合进行激励。同时，各组第一频段寄生四臂螺旋单元的螺旋臂长度均接近，即各组第一频段寄生四臂螺旋单元对应的谐振频率均为第一频段范围内不同的第一频段频点，其中任意相邻两个第一频段频点之间的差值较小，进而提升了在第一频段的增益带宽，至少保证双频宽带四臂螺旋天线接收或发射的该相邻两个第一频段频点之间的各频点信号质量均能满足正常工作的要求。

第一组第二频段寄生四臂螺旋单元141和第二组第二频段寄生四臂螺旋单元142的谐振频率为第二频段范围内的两个不同的第二频段频点，且这两组寄生四臂螺旋单元的长度接近，即这两组四臂螺旋单元的谐振频率对应的两个第二频段频点的值相差较小。

因此在本发明中，设置第一组第二频段寄生四臂螺旋单元141和第二组第二频段寄生四臂螺旋单元142对应的两个第二频段频点的差值为较小的值，从而提升了双频宽带四臂螺旋天线在第二频段的增益带宽，使得双频宽带四臂螺旋天线接收或发射的这两个第二频段频点之间的各频点信号质量均能满足正常工作的要求。

需要说明的是，根据实际使用需求，若只需对双频宽带四臂螺旋天线提升一个频段的增益带宽，则双频宽带四臂螺旋天线在包括第一频段主四臂螺旋单元120、第一频段寄生四臂螺旋单元131的基础上只选用一组第二频段寄生四臂螺旋单元即可，以避免造成资源浪费，这时双频宽带四臂螺旋天线相应可提升第一频段的增益带宽，能满足提升一个频段增益带宽的需求。

另外，双频宽带四臂螺旋天线还可包括两组以上的第二频段寄生四臂螺旋单元，在这种情况下，同样将各组第二频段寄生四臂螺旋单元利用接地板150通过电磁耦合进行激励。同时，各组第二频段寄生四臂螺旋单元的螺旋臂长度均接近，即各组第二频段寄生四臂螺旋单元对应的谐振频率均为第二频段范围内不同的第二频段频点，其中任意相邻两个第二频段频点之间的差值较小，进而提高双频宽带四臂螺旋天线在第二频段的增益带宽，至少保证双频宽带四臂螺旋天线接收或发射的该相邻两个第二频段频点之间的各频点信号质量均能满足正常工作的要求。

具体的，第一频段、第二频段可分别为极低频、甚低频、低频、中频、高频、甚高频、特高频、超高频中的任一种频带范围。

图2示出了第二实施例中双频宽带四臂螺旋天线的结构图，同时，为了便于说明，图3仅示出了第二实施例中双频宽带四臂螺旋天线中第一支撑介质、接地板及第一频段各四臂螺旋单元之间的结构关系图，图4仅示出了第一实施例中双频宽带四臂螺旋天线中第二支撑介质、接地板及第二频段各四臂螺旋单元之间的结构关系图。

双频宽带四臂螺旋天线包括：支撑介质210、第一频段主四臂螺旋单元220、第一频段寄生四臂螺旋单元231、第一组第二频段寄生四臂螺旋单元241、第二组第二频段寄生四臂螺旋单元242、接地板250。需注意的是，本实施例中选用一组第一频段寄生四臂螺旋单元，两组第二频段寄生四臂螺旋单元。

其中，支撑介质210包括第一支撑介质211、第二支撑介质212。第一支撑介质211和第二支撑介质212均固定于接地板250上，第一频段主四臂螺旋单元220和第一频段寄生四臂螺旋单元231均缠绕于第一支撑介质211上，第一组第二频段寄生四臂螺旋单元241、第二组第二频段寄生四臂螺旋单元242均缠绕于第二支撑介质212上。

需要说明的是，第一支撑介质211和第二支撑介质212上缠绕的各组四臂螺旋单元并不局限于上述一种方式，例如，也可将第一频段主四臂螺旋单元220和第一组第二频段寄生四臂螺旋单元241缠绕于第一支撑介质211上，而将第一频段寄生四臂螺旋单元231和第二组第二频段寄生四臂螺旋单元242缠绕于第二支撑介质212上。

第一支撑介质211、第二支撑介质212为由绝缘材料围成的同轴但底面半径不同的内、外圆柱的侧面。

另外，第一支撑介质211、第二支撑介质212也可为由绝缘材料围成的圆锥的侧面或其他类型的形状，但需满足便于缠绕各螺旋臂、天线小型化设计的要求。

第一频段主四臂螺旋单元220、第一频段寄生四臂螺旋单元231、第一组第二频段寄生四臂螺旋单元241、第二组第二频段寄生四臂螺旋单元242各自均包括四根螺旋臂，且各螺旋臂均与接地板250连接。需注意的是，任一四臂螺旋单元的四根螺旋臂均以相同的方向分别缠绕于第一支撑介质211和第二支撑介质212上。

第一频段主四臂螺旋单元220的谐振频率为第一频段范围内的第一频段频点，该第一频段主四臂螺旋单元220用于接馈电端口，且各螺旋臂与馈电线连接的一端电流相同、相位从小到大依次排列构成公差为90度的等差数列。而第一频段寄生四臂螺旋单元231、第一组第二频段寄生四臂螺旋单元241、第二组第二频段寄生四臂螺旋单元242均利用接地板250通过电磁耦合进行激励。

因此，本实施例中的双频宽带四臂螺旋天线只通过第一频段主四臂螺旋单元220接馈电端口，无需增加额外的馈电端，馈电结构简单，便于实现天线的小型化设计。

第一频段寄生四臂螺旋单元231的谐振频率为第一频段范围内的另一个第一频段频点，且该第一频段寄生四臂螺旋单元231的四根螺旋臂的长度与第一频段主四臂螺旋单元220各螺旋臂的长度接近，即这两组四臂螺旋单元的谐振频率对应的两个第一频段频点值相差较小。

因此在本发明中，设置第一频段主四臂螺旋单元220和第一频段寄生四臂螺旋单元231对应的两个第一频段频点的差值为较小的值，从而提升了双频宽带四臂螺旋天线在第一频段的增益带宽，使得双频宽带四臂螺旋天线接收或发射的这两个第一频段频点之间的各频点信号质量均能满足正常工作的要求。

需要说明的，双频宽带四臂螺旋天线还可包括两组或两组以上的第一频段寄生四臂螺旋单元，在这种情况下，同样将各组第一频段寄生四臂螺旋单元利用接地板250通过电磁耦合进行激励。同时，各组第一频段寄生四臂螺旋单元的螺旋臂长度均接近，即各组第一频段寄生四臂螺旋单元对应的谐振频率均为第一频段范围内相差较小的不同的第一频段频点，其中任意相邻两个第一频段频点之间的差值较小，进而提升了在第一频段的增益带宽，至少保证双频宽带四臂螺旋天线接收或发射的该相邻两个第一频段频点之间的各频点信号质量均能满足正常工作的要求。

第一组第二频段寄生四臂螺旋单元241和第二组第二频段寄生四臂螺旋单元242的谐振频率为第二频段范围内的两个不同的第二频段频点，且这两组寄生四臂螺旋单元各螺旋臂的长度接近，即这两组四臂螺旋单元的谐振频率对应的两个第二频段频点的值相差较小。

因此在本发明中，设置第一组第二频段寄生四臂螺旋单元241和第二组第二频段寄生四臂螺旋单元242对应的两个第二频段频点的差值为较小的值，从而提升了双频宽带四臂螺旋天线在第二频段的增益带宽，使得双频宽带四臂螺旋天线接收或发射的这两个第二频段频点之间的各频点信号质量均能满足正常工作的要求。

需要说明的是，根据实际使用需求，若只需要双频宽带四臂螺旋天线提升一个频段的增益带宽，则双频宽带四臂螺旋天线在包括第一频段主四臂螺旋单元220、第一频段寄生四臂螺旋单元231的基础上只选用一组第二频段寄生四臂螺旋单元即可，以避免造成资源浪费，这时双频宽带四臂螺旋天线相应可提升第一频段的增益带宽，能满足提升一个频段增益带宽的需求。

另外，双频宽带四臂螺旋天线还可包括两组以上的第二频段寄生四臂螺旋单元，在这种情况下，同样将各组第二频段寄生四臂螺旋单元利用接地板250通过电磁耦合进行激励。同时，各组第二频段寄生四臂螺旋单元的螺旋臂长度均接近，即各组第二频段寄生四臂螺旋单元对应的谐振频率均为第二频段范围内相差较小的不同的第二频段频点，其中任意相邻两个第二频段频点之间的差值较小，至少保证双频宽带四臂螺旋天线接收或发射的该相邻两个第二频段频点之间的各频点信号质量均能满足正常工作的要求。

具体的，第一频段、第二频段可分别为极低频、甚低频、低频、中频、高频、甚高频、特高频、超高频中的任一种频带范围。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种双频宽带四臂螺旋天线，其特征在于，所述双频宽带四臂螺旋天线包括：支撑介质、第一频段主四臂螺旋单元，至少一组第一频段寄生四臂螺旋单元、至少一组第二频段寄生四臂螺旋单元、接地板；

所述支撑介质固定于所述接地板上；所述第一频段主四臂螺旋单元、各组第一频段寄生四臂螺旋单元及各组第二频段寄生四臂螺旋单元均缠绕于所述支撑介质上；所述第一频段主四臂螺旋单元接馈电端口，所述各组第一频段寄生四臂螺旋单元、各组第二频段寄生四臂螺旋单元均与接地板连接，通过电磁耦合进行激励；

所述第一频段主四臂螺旋单元及各组第一频段寄生四臂螺旋单元的谐振频率为第一频段范围内不同的第一频段频点，其中任意相邻两个第一频段频点之间的差值，至少保证所述双频宽带四臂螺旋天线接收或发射的所述相邻两个第一频段频点之间的各频点信号质量均能满足正常工作的要求；

所述各组第二频段寄生四臂螺旋单元的谐振频率为第二频段范围内不同的第二频段频点，其中任意相邻两个第二频段频点之间的差值，至少保证所述双频宽带四臂螺旋天线接收或发射的所述相邻两个第二频段频点之间的各频点信号质量均能满足正常工作的要求。

2.根据权利要求1所述的双频宽带四臂螺旋天线，其特征在于，所述支撑介质为由绝缘材料围成的圆柱侧面或圆锥侧面。

3.根据权利要求1所述的双频宽带四臂螺旋天线，其特征在于，所述支撑介质包括第一支撑介质、第二支撑介质，且所述第一支撑介质、第二支撑介质均固定于所述接地板上。

4.根据权利要求3所述的双频宽带四臂螺旋天线，其特征在于，所述第一频段主四臂螺旋单元、各组第一频段寄生四臂螺旋单元、各组第二频段寄生四臂螺旋单元按任意组合分别缠绕于所述第一支撑介质、第二支撑介质上。

5.根据权利要求4所述的双频宽带四臂螺旋天线，其特征在于，所述第一支撑介质、第二支撑介质分别为由绝缘材料围成的同轴但底面半径不同的内、外圆柱的侧面，或所述第一支撑介质、第二支撑介质分别为由绝缘材料围成的同轴但底面半径不同的内、外圆锥的侧面。

6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的双频宽带四臂螺旋天线，其特征在于，所述第一频段主四臂螺旋单元、各组第一频段寄生四臂螺旋单元、各组第二频段寄生四臂螺旋单元均包括四根螺旋臂。