CN107834175A - 一种小型化顶部加载双频四臂螺旋天线及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种小型化顶部加载双频四臂螺旋天线及其工作方法，包括天线罩、螺旋天线主体、馈电网络与有源放大电路、屏蔽腔体、底座及同轴引线；同轴引线的一端与馈电网络及有源放大电路接触连接，另一端用于连接接收组件；馈电网络及有源放大电路与螺旋天线主体连接；天线罩用与底座上下可拆卸连接；屏蔽腔体与馈电网络及有源放大电路板连接；螺旋天线主体包括两组四臂螺旋天线，第一组四臂螺旋天线用于激励低频，第二组四臂螺旋天线用于激励高频；每组四臂螺旋天线分别由4条结构相同的螺旋臂单元按同一方向等间距螺旋组成。本发明的有益效果在于：结构紧凑，在不增加天线体积的同时，拓展工作的频带，提高增益带宽，实现小型化。

Description

一种小型化顶部加载双频四臂螺旋天线及其工作方法
技术领域
本发明属于卫星导航天线领域，尤其涉及一种小型化顶部加载双频四臂螺旋天线及其工作方法。
背景技术
在卫星导航定位领域，天线已经被广泛应用于GPS及北斗等卫星通信领域，尤其是微带结构和螺旋结构，已经渗透到卫星定位与通信各个领域。微带天线由于体积大，带宽窄，波束宽度小等缺点无法满足小型化市场。而螺旋天线由于重量轻，体积小，波束宽度大等优势备受关注。
目前，在卫星通信领域广泛使用的是四臂螺旋天线，传统的四臂螺旋天线单频居多，双频普遍采用两个单频螺旋上下叠层或内外嵌套方式。上下叠层方式设计双频天线不但增加天线体积，同时调试难度大，不利于小型化应用。内外嵌套结构双频天线虽然没有增加天线体积，但内外螺旋臂互相影响，造成天线增益较低，带宽窄。
所以，有必要提供一种新的小型化双频四臂螺旋天线技术，在有限空间里，实现小型化及双频段覆盖。同时，降低螺旋臂之间的互耦影响，改善天线增益及低仰角波束宽度。
发明内容
本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种小型化顶部加载双频四臂螺旋天线及其工作方法，拓展工作的频带，提高增益带宽，实现小型化。
本发明解决技术问题所采用的方案是：一种小型化顶部加载双频四臂螺旋天线，包括天线罩、螺旋天线主体、馈电网络与有源放大电路、屏蔽腔体、底座及同轴引线；所述同轴引线的一端与馈电网络及有源放大电路接触连接，用于实现四臂螺旋天线的圆极化性能及低噪声信号放大，另一端用于连接接收组件；所述馈电网络及有源放大电路与螺旋天线主体连接，用于对螺旋天线主体进行馈电；所述天线罩用于收纳所述螺旋天线主体，与所述底座上下可拆卸连接；所述屏蔽腔体与馈电网络及有源放大电路板连接，用于屏蔽空间干扰信号，提高抗干扰能力；所述螺旋天线主体包括两组四臂螺旋天线，分别为第一组四臂螺旋天线和第二组四臂螺旋天线，所述第一组四臂螺旋天线用于激励低频，第二组四臂螺旋天线用于激励高频；每组四臂螺旋天线分别由4条结构相同的螺旋臂单元按同一方向等间距螺旋组成。
进一步的，所述螺旋天线主体还包括一介质体，所述每条螺旋臂单元印刷于所述FPC柔性板上，并且贴附于所述介质体表面。
进一步的，所述介质体呈圆柱型，并且采用高频板材或空气填充。
进一步的，所述第一组四臂螺旋天线的4条螺旋臂单元的顶部分别加载有1条平面螺旋臂，所述第一组四臂螺旋天线的4条螺旋臂单元为立体直线型螺旋臂；所述第二组四臂螺旋天线的4条螺旋臂单元为折线型螺旋臂。
进一步的，所述第一组四臂螺旋天线和第二组四臂螺旋天线的4条螺旋臂单元为开路臂或短路臂。
进一步的，所述馈电网络由四相位电桥组合而成，各端口相位差分别为0°、90°、180°和270°。
进一步的，所述馈电网络由三组3dB相位差90°电桥组合而成。
进一步的，所述馈电网络由三组威尔金森功分器组合而成。
进一步的，所述馈电网络由三组T型功分器组合而成。
本发明还提供一种小型化顶部加载双频四臂螺旋天线的工作方法，所述四臂螺旋天线工作于BDS B3和B1频段，其中第一组四臂螺旋天线工作于B3频段，第二组四臂螺旋天线工作于B1频段。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：通过两组四臂螺旋天线组成螺旋天线主体，实现双频段工作。
附图说明
下面结合附图对本发明专利进一步说明。
图1为本发明实施例提供的小型化顶部加载双频四臂螺旋天线结构示意图；
图2为本发明实施例提供的螺旋天线主体的结构示意图；
图3是本发明的B3频段S参数曲线图。
图4是本发明的B3频段增益方向图。
图5是本发明的B1频段S参数曲线图。
图6是本发明的B1频段增益方向图。
图中：1-天线罩；2-螺旋天线主体；21-第一组四臂螺旋天线；22-第二组四臂螺旋天线；23-介质体；3-馈电网络与有源放大电路；4-屏蔽腔体；5-底座；6-同轴引线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1～2所示，本实施例提供的一种小型化顶部加载双频四臂螺旋天线，包括天线罩、螺旋天线主体、馈电网络与有源放大电路、屏蔽腔体、底座及同轴引线；所述同轴引线的一端与馈电网络及有源放大电路接触连接，用于实现四臂螺旋天线的圆极化性能及低噪声信号放大，另一端用于连接接收组件；所述馈电网络及有源放大电路与螺旋天线主体连接，用于对螺旋天线主体进行馈电；所述天线罩用于收纳所述螺旋天线主体，与所述底座上下可拆卸连接；所述屏蔽腔体与馈电网络及有源放大电路板连接，用于屏蔽空间干扰信号，提高抗干扰能力；所述螺旋天线主体包括两组四臂螺旋天线，分别为第一组四臂螺旋天线和第二组四臂螺旋天线，所述第一组四臂螺旋天线用于激励低频，第二组四臂螺旋天线用于激励高频；每组四臂螺旋天线分别由4条结构相同的螺旋臂单元按同一方向等间距螺旋组成。
从上述可知，本发明的有益效果在于：结构紧凑，可以实现小型化；通过两组四臂螺旋天线组成螺旋天线主体，可以实现双频段工作。
在本实施例中，所述螺旋天线主体还包括一介质体，所述每条螺旋臂单元印刷于所述FPC柔性板上，并且贴附于所述介质体表面。
在本实施例中，所述介质体呈圆柱型，并且采用高频板材或空气填充。所述的介质体还可以为球体，圆锥体，正方体等。
在本实施例中，所述第一组四臂螺旋天线的4条螺旋臂单元的顶部分别加载有1条平面螺旋臂，所述第一组四臂螺旋天线的4条螺旋臂单元为立体直线型螺旋臂；所述第二组四臂螺旋天线的4条螺旋臂单元为折线型螺旋臂。所述顶部加载平面螺旋臂与立体直线型螺旋臂相连，通过平面螺旋与立体螺旋结合降低螺旋臂之间的互耦，改善天线辐射性能。，折线型螺旋臂在同等高度下可以获得更长的电流路径，达到小型化目的。
在本实施例中，所述第一组四臂螺旋天线和第二组四臂螺旋天线的4条螺旋臂单元为开路臂或短路臂。所述螺旋臂组合方式包含以下任意方式之一：
（1）第一组四臂螺旋天线由4条开路臂组合而成，第二组四臂螺旋天线由4条开路臂组合而成；
（2）第一组四臂螺旋天线由4条短路臂组合而成，第二组四臂螺旋天线由4条开路臂组合而成；
（3）第一组四臂螺旋天线由4条开路臂组合而成，第二组四臂螺旋天线由4条短路臂组合而成；
（4）第一组四臂螺旋天线由4条短路臂组合而成，第二组四臂螺旋天线由4条短路臂组合而成。
所述螺旋臂单元都具有一定形式的臂宽；所述螺旋臂单元可以是等臂宽或呈渐变形式，其臂宽对称渐变方式可拓宽增益带宽。本发明中所述螺旋臂臂宽采用渐变式设计，使得螺旋臂上的电流路径是多变的，即螺旋臂边缘电流路径与中心的电流路径不一样，与现有四臂螺旋天线相比，拓宽了带宽，能够满足更多用户的需求。
在本实施例中，所述馈电网络由四相位电桥组合而成，各端口相位差分别为0°、90°、180°和270°。
在本实施例中，所述馈电网络由三组3dB相位差90°电桥组合而成。
在本实施例中，所述馈电网络由三组威尔金森功分器组合而成。
在本实施例中，所述馈电网络由三组T型功分器组合而成。
如图4-6所示，本发明还提供一种小型化顶部加载双频四臂螺旋天线的工作方法，所述四臂螺旋天线工作于BDS B3和B1频段，其中第一组四臂螺旋天线工作于B3频段，第二组四臂螺旋天线工作于B1频段。
综上所述，本发明提供的一种小型化顶部加载双频四臂螺旋天线及其工作方法，结构紧凑，可以实现小型化，并且进行双频段工作，拓宽了带宽，能够满足更多用户的需求。
上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种小型化顶部加载双频四臂螺旋天线，其特征在于：包括天线罩、螺旋天线主体、馈电网络与有源放大电路、屏蔽腔体、底座及同轴引线；
所述同轴引线的一端与馈电网络及有源放大电路接触连接，用于实现四臂螺旋天线的圆极化性能及低噪声信号放大，另一端用于连接接收组件；
所述馈电网络及有源放大电路与螺旋天线主体连接，用于对螺旋天线主体进行馈电；
所述天线罩用于收纳所述螺旋天线主体，与所述底座上下可拆卸连接；
所述屏蔽腔体与馈电网络及有源放大电路板连接，用于屏蔽空间干扰信号，提高抗干扰能力；
所述螺旋天线主体包括两组四臂螺旋天线，分别为第一组四臂螺旋天线和第二组四臂螺旋天线，所述第一组四臂螺旋天线用于激励低频，第二组四臂螺旋天线用于激励高频；每组四臂螺旋天线分别由4条结构相同的螺旋臂单元按同一方向等间距螺旋组成。
2.根据权利要求1所述的一种小型化顶部加载双频四臂螺旋天线，其特征在于：所述螺旋天线主体还包括一介质体，每条螺旋臂单元印刷于所述FPC柔性板上，并且贴附于所述介质体表面。
3.根据权利要求2所述的一种小型化顶部加载双频四臂螺旋天线，其特征在于：所述介质体呈圆柱型，并且采用高频板材或空气填充。
4.根据权利要求1所述的一种小型化顶部加载双频四臂螺旋天线，其特征在于：所述第一组四臂螺旋天线的4条螺旋臂单元的顶部分别加载有1条平面螺旋臂，所述第一组四臂螺旋天线的4条螺旋臂单元为立体直线型螺旋臂；所述第二组四臂螺旋天线的4条螺旋臂单元为折线型螺旋臂。
5.根据权利要求4所述的一种小型化顶部加载双频四臂螺旋天线，其特征在于：所述第一组四臂螺旋天线和第二组四臂螺旋天线的4条螺旋臂单元为开路臂或短路臂。
6.根据权利要求1所述的一种小型化顶部加载双频四臂螺旋天线，其特征在于：所述馈电网络由四相位电桥组合而成，各端口相位差分别为0°、90°、180°和270°。
7.根据权利要求1所述的一种小型化顶部加载双频四臂螺旋天线，其特征在于：所述馈电网络由三组3dB相位差90°电桥组合而成。
8.根据权利要求1所述的一种小型化顶部加载双频四臂螺旋天线，其特征在于：所述馈电网络由三组威尔金森功分器组合而成。
9.根据权利要求1所述的一种小型化顶部加载双频四臂螺旋天线，其特征在于：所述馈电网络由三组T型功分器组合而成。
10.一种根据权利要求4所述的小型化顶部加载双频四臂螺旋天线的工作方法，其特征在于：所述四臂螺旋天线工作于BDS B3和B1频段，其中第一组四臂螺旋天线工作于B3频段，第二组四臂螺旋天线工作于B1频段。
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