CN107104280A - 一种新型螺旋天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型螺旋天线，包括馈电板，所述馈电板上设有支撑体；所述支撑体上贴设有天线体，所述天线体包括电路板和若干辐射单元，所述电路板贴设于所述支撑体的表面，所述电路板上印有若干平行设置的所述辐射单元，所述辐射单元通过电路板螺旋缠绕于所述支撑体上形成螺旋天线；沿与馈电板平行方向切割所述支撑体，得到圆形的切割面。本发明具有结构较小、质量较轻、生产工艺简单、具有良好特性的特点。
Description
技术领域
本发明属于天线技术领域，具体涉及一种新型螺旋天线。
背景技术
全球定位系统是当今应用最广泛的卫星导航定位系统，主要应用于导航、测绘、监控、授时、通信等多种领域。近年来，定位技术发展蓬勃，特别是在车辆导航和小型移动终端定位方面，这些应用对天线的小型化、轻量化、高精度提出了越来越高的要求。
传统的螺旋天线是由铜线或者其他金属绕制而成，加工工艺复杂，带宽窄，一致性差且剖面高，相位误差大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构较小、质量较轻、剖面低、相位中心误差小、生产工艺简单且具有优良特性的高精度四臂螺旋天线，能满足GPS:L1、GLONASS:L1、北斗：B1和Galileo:L1多卫星频点的接收。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种新型螺旋天线，包括馈电板，所述馈电板上设有支撑体；
所述支撑体上贴设有天线体，所述天线体包括电路板和若干辐射单元，所述电路板贴设于所述支撑体的表面，所述电路板上印有若干平行设置的所述辐射单元，所述辐射单元通过电路板螺旋缠绕于所述支撑体上形成螺旋天线；
沿与馈电板平行方向切割所述支撑体，得到圆形的切割面。
在本发明的一个优选实施例中，所述辐射单元与所述电路板接触的一面之间设有夹角，所述夹角为10°-15°。
在本发明的一个优选实施例中，每个所述辐射单元均包括一主辐射臂和一副辐射臂，所述主辐射臂和所述辐射臂通过平行带线连接，且所述主辐射臂的宽度和副辐射臂的宽度相同。
在本发明的一个优选实施例中，所述主辐射臂靠近馈电板的一端与所述副辐射臂靠近馈电板的一端均转为与所述馈电板平行的平行臂。
在本发明的一个优选实施例中，所述主辐射臂和副辐射臂平行设置，且所述主辐射臂与所述副辐射臂之间的距离与所述主辐射臂的宽度相同。
在本发明的一个优选实施例中，若干平行设置的辐射单元中，相邻的辐射单元的距离、每个辐射单元的主辐射臂与副辐射臂之间的距离均与所述副辐射臂的宽度相等。
在本发明的一个优选实施例中，所述副辐射臂的臂长大于所述主辐射臂的臂长。
在本发明的一个优选实施例中，所述支撑体的高度为8mm—12mm。
在本发明的一个优选实施例中，所述天线体还包括馈电脚和接地脚，所述馈电脚和接地脚间隔设置于所述馈电板上。
在本发明的一个优选实施例中，所述电路板通过双面胶缠绕于所述支撑体上。
通过上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明中，采用将辐射单元贴设于电路板中，通过电路板缠绕于支撑体上，使得支撑体上形成若干螺旋天线，与现有技术中由铜线或者其他金属绕制而成的螺旋天线相比，结构更加简单，加工更加方便，极大地节省了人力，加快了生产效率。
采用更低的螺旋仰角，螺旋线末端一部分变为平行线，即两个辐射臂靠近馈电板的一侧，均转为与水平面平行的平行臂，极大降低天线高度，使得天线具有更小的相位中心偏差，可用于高精度的定位。
本发明的天线，采用等间距的四个主辐射臂，四个短路耦合副辐射臂，具有较宽的天线带宽，使天线电磁能量辐射更强，提高天线增益，并具有较高的低仰角增益。
本发明的天线，与传统的四臂螺旋天线相比，体积较小，重量较轻，剖面较低，相位中心偏差较小，且具有良好的右旋圆极化特性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种新型螺旋天线的透视图；
图2为本发明提供的一种新型螺旋天线的结构示意图；
图3为本发明提供的一种新型螺旋天线的展开图；
图4为本发明提供的一种新型螺旋天线的回波损耗图；
图5是本发明提供的一种新型螺旋天线的驻波比图；
图6为本发明提供的一种新型螺旋天线的方向图；
图7是本发明提供的一种新型螺旋天线的轴比图；
图中数字和字母所表示的相应部件名称：
1、馈电板；2、支撑体；3、天线体；4、电路板；5、辐射单元；6、主辐射臂；7、副辐射臂；8、馈电脚；9、接地脚。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
参照附图1-3，本发明提供的一种新型螺旋天线，包括馈电板1，所述馈电板1上设有支撑体2；
在所述支撑体2的外表面上贴设有天线体3，所述天线体3包括电路板4和若干辐射单元5，所述电路板4贴设于所述支撑体2的表面，所述电路板4上印有若干平行设置的所述辐射单元5，由于电路板4是贴设于支撑体2表面上的，故辐射单元5通过电路板4螺旋缠绕于所述支撑体2上形成螺旋天线；
具体地，就是电路板4包覆于支撑体2上，此时电路板4上的辐射单元相当于缠绕于电路板4内的支撑体2上。
进一步地，沿与馈电板1平行方向切割所述支撑体2，得到圆形的切割面。由此可知，支撑体2应为圆柱体、圆锥体等类似的结构。
与现有技术相比，本实施例中，先将辐射单元5贴设于电路板4上，然后电路板4环绕支撑体2形成天线体3；避免了由铜线或者其他金属绕制加工形成天线体的复杂性。
本实施例中，形成天线体的过程简单，步骤简洁，极大地方便了天线体的生产过程，且加工过程中，无需太多铜线等金属材料。
实施例2
参照附图3，进一步地，本实施例的改进点在于每个所述辐射单元5均包括一主辐射臂6和一副辐射臂7，所述主辐射臂6的宽度和副辐射臂7的宽度相同。
本实施例中，天线副辐射臂7的加入，由于多了一个辐射臂7，可拓展天线带宽，使天线电磁能量辐射更强，提高天线增益，通过主辐射臂6和副辐射臂副7长度的调整，天线还可工作于双频段。
具体地，主辐射臂6工作于一个频点，副辐射臂7工作于另一个频点，调整各自长度，这两个频点可以重叠增加带宽，也可形成两个独立的谐振点，即可工作于双频段，辐射臂长度约为四分之一波长，不同频率波长不一样，对应辐射臂长度就不一样。
进一步地，副辐射臂7的臂长大于所述主辐射臂6的臂长。
使用中，由于主辐射臂6谐振于较高频率，副辐射臂7谐振于较低频率，副辐射臂7的长度长于主辐射臂6的长度，天线最终剖面较低，如果反过来，即主辐射臂6的长度较长，则会导致主辐射臂6长于副辐射臂7太多，天线最终剖面会更高，此时的话，天线体积比较大，而且占用的空间大，废材料。
实施例3
本实施例针对于实施例2的进一步改进，将主辐射臂6和副辐射臂7平行设置，且主辐射臂6与所述副辐射臂7之间的距离与主辐射臂6的宽度相同。主辐射臂6和副辐射臂7的脾性设置，相对于一般低剖面平面四臂螺旋天线具有更低的天线高度，且天线直径更小。
本实施例中，天线支撑体2的高度为10mm，天线直径为28mm。高度上，远远小于现有的四臂螺旋天线，结构较小，质量较轻；又由于高度低，使用时，无需占用太多的空间，节省空间，方便使用。
进一步地，若干平行设置的辐射单元5中，相邻的辐射单元5的距离、每个辐射单元5的主辐射臂6与副辐射臂7之间的距离均与所述副辐射臂7的宽度相等。
本发明的新型螺旋天线，采用等间距的四个主辐射臂6，四个短路耦合副辐射臂7，具有较宽的天线带宽，使天线电磁能量辐射更强，提高天线增益，并具有较高的低仰角增益。具体地，由于距离和宽度相同，导致天线的相位移中心偏差较小，实现了高精度的定位。
本发明中的新型螺旋天线，经测量，其天线的相位移中心偏差小于4mm，与现有技术中，天线的相位移中心偏差为4mm，相比与一般的螺旋天线，其天线的相位移中心偏差大于8mm，由此可知，本发明的螺旋天线的相位移中心偏差远远小于现有技术的。
实施例4
本实施例中，所述辐射单元5贴设于电路板4时，辐射单元5与所述电路板4接触的一面之间设有夹角A，所述夹角A为10°-15°。
通过设置夹角A，目的是为了实现更低天线剖面，以获得更好的相位中心偏差值，这个夹角A的度数如果再小，则相邻的辐射臂之间互耦过强，驻波会恶化，天线增益也会降低。对导航定位天线来说，稳定的相位中心和较小的相位中心偏差能获得更高的定位精度。
参照附图3可知，为了获得更小的相位中心偏差，天线需要更低剖面以及更低的天线高度，为此在满足天线其他性能指标的基础上，将天线旋转角减至最小，约为13°，则该角度即为角度A。天线是螺旋天线，螺旋旋转角是基本螺旋线的特征参数之一，螺旋在侧面的投影是一个三角形，旋转角即是其形成的夹角，参照附图2，从平面展开图可知，夹角A即是旋转角，天线臂间的距离刚好等于天线臂宽度。
当然，使用中，相邻的辐射单元5的距离、每个辐射单元5的主辐射臂6与副辐射臂7之间的距离均与所述副辐射臂7的宽度相等时，夹角A的角度不一定是13°，具体参数是经过多次优化天线各种参数得到的结果，并不需要距离和宽度一定相等。
本实施例中，所述电路板4通过1mm厚度的双面胶缠绕于所述支撑体5上。
进一步地，参照附图1所示，天线体3还包括馈电脚8和接地脚9，所述馈电脚8和接地脚9间隔设置于所述馈电板8上。
参照附图1和2所示，其中，四个馈电脚8,四个接地脚9，八个脚均匀分布，通过锡焊的方式固定于馈电板上，馈电板为功分网络及低噪放或其他功能芯片的PCB载体，可为单层或多层板。
使用中，天线体共有八个螺旋臂，八个螺旋臂之间间距相等，长度约为谐振波长的四分之一，四个主辐射臂，四个耦合副辐射臂，四个主辐射臂由功分网络馈电，四个副辐射臂接地，每个主辐射臂馈电电流相等，相位依次相差90°，分别为0°、90°、180°、270°，若天线螺旋臂的绕向与天线最大辐射方向形成左(右)手关系，则辐射或接收右(左)旋圆极化电磁波。则螺旋臂的尺寸由下式确定：
其中：L为螺旋天线高度，Lf为螺旋线长度，D为螺旋天线缠绕直径，N为螺旋的圈数。
参照附图4，为本发明所述的一种新型螺旋天线的回波损耗图；图5为本发明所述的一种新型螺旋天线的驻波比图，从图中可以看出，天线的2.0驻波比带宽为46MHz左右该带宽涵盖了GPS:L1、GLONASS:L1、北斗：B1和Galileo:L1频点，螺旋天线的旋转角越小，虽然相位中心偏差会更小，但是带宽会越窄，本发明即是在保证带宽满足应用的基础上尽量降低天线剖面，即天线高度，该天线在使用空气介质的四臂螺旋天线中剖面高度非常具有优势。
参照附图6所示，为天线的方向图曲线，有图可知，天线的顶点增益大于5dBi，3dB波束宽度为130°，高于导航设备对接收天线的要求，一般导航设备接收天线要求增益3dBi，波束宽度大于120°。
参照附图7所示，为天线的轴比图，天线的顶点轴比为0.2dB，3dB轴比带宽大于130°，高于导航设备对接收天线的要求四臂螺旋天线的轴比特性大大优于其他种类的接收天线，比如微带天线，陶瓷天线等，而且一般天线都需要经过调试才能满足轴比≤3dB指标，四臂螺旋天线不需要调试即可得到很好的轴比指标。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种新型螺旋天线，其特征在于：包括馈电板，所述馈电板上设有支撑体；
所述支撑体上贴设有天线体，所述天线体包括电路板和若干辐射单元，所述电路板贴设于所述支撑体的表面，所述电路板上印有若干平行设置的所述辐射单元，所述辐射单元通过电路板螺旋缠绕于所述支撑体上形成螺旋天线；
沿与馈电板平行方向切割所述支撑体，得到圆形的切割面。
2.根据权利要求1所述的一种新型螺旋天线，其特征在于：所述辐射单元与所述电路板接触的一面之间设有夹角，所述夹角为10°-15°。
3.根据权利要求1所述的一种新型螺旋天线，其特征在于：每个所述辐射单元均包括一主辐射臂和一副辐射臂，所述主辐射臂和所述辐射臂通过平行带线连接，且所述主辐射臂的宽度和副辐射臂的宽度相同。
4.根据权利要求3所述的一种新型螺旋天线，其特征在于：所述主辐射臂靠近馈电板的一端与所述副辐射臂靠近馈电板的一端均转为与所述馈电板平行的平行臂。
5.根据权利要求3所述的一种新型螺旋天线，其特征在于：所述主辐射臂和副辐射臂平行设置，且所述主辐射臂与所述副辐射臂之间的距离与所述主辐射臂的宽度相同。
6.根据权利要求3所述的一种新型螺旋天线，其特征在于：若干平行设置的辐射单元中，相邻的辐射单元的距离、每个辐射单元的主辐射臂与副辐射臂之间的距离均与所述副辐射臂的宽度相等。
7.根据权利要求3所述的一种新型螺旋天线，其特征在于：所述副辐射臂的臂长大于所述主辐射臂的臂长。
8.根据权利要求1所述的一种新型螺旋天线，其特征在于：所述支撑体的高度为8mm—12mm。
9.根据权利要求1所述的一种新型螺旋天线，其特征在于：所述天线体还包括馈电脚和接地脚，所述馈电脚和接地脚间隔设置于所述馈电板上。
10.根据权利要求1所述的一种新型螺旋天线，其特征在于：所述电路板通过双面胶缠绕于所述支撑体上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170829 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |