CN108155460B - 一种双频全向耦合支节加载的螺旋天线及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双频全向耦合支节加载的螺旋天线及其制作方法，其包括柔性介质基板，柔性介质基板上设置有螺旋天线主体和短路带，柔性介质基板连接有接地板，短路带与接地板垂直，短路带与接地板之间设置馈电端口；螺旋天线主体包括沿短路带延伸方向依次等间距排列的主体辐射螺旋臂一、耦合支节螺旋臂一、主体辐射螺旋臂二、耦合支节螺旋臂二，主体辐射螺旋臂一、主体辐射螺旋臂二的起点均位于短路带上，耦合支节螺旋臂一、耦合支节螺旋臂二的起点靠近短路带。本发明不仅能够得到双频工作的全向性天线，而且采用四臂单馈技术，结构新颖，提高一致性和产品可靠性。

Description

一种双频全向耦合支节加载的螺旋天线及其制作方法
技术领域
本发明涉及天线领域，尤其涉及一种双频全向耦合支节加载的螺旋天线。
背景技术
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，螺旋天线作为一种谐振天线，带宽窄，不能满足多系统多频段的要求。
授权公告号为CN205646139U的专利“一种全向四臂螺旋天线装置”，提供了一种方案，天线主体由柔性介质电路板上的四个螺旋辐射臂组成，四个螺旋辐射臂在底部通过一根匹配线相连接，其输入端通过连接探针与底下的移相馈电网络相连。该全向四臂螺旋天线具有高增益、优良圆极化性能，但并未实现双频工作。
为了满足双频工作的需要，技术工作者从多方面进行研究。现有双频天线大致分为：1、采用嵌套或级联的方式将多个不同频率的类似天线组合；2、在适当位置添加谐振臂或折合臂。然而，上述的双频四臂螺旋天线虽然克服了单频点工作的问题，但带宽较窄，可工作的频带范围具有局限性。
另外，传统的四臂螺旋天线多采用四臂四馈、八臂四馈等技术，将接收到的卫星信号直接下馈到电路处理，一致性和产品的可靠性存在问题。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种双频全向耦合支节加载的螺旋天线及其制作方法，不仅能够得到双频工作的全向性天线，而且采用四臂单馈技术，结构新颖，提高一致性和产品可靠性。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种双频全向耦合支节加载的螺旋天线，其包括柔性介质基板，柔性介质基板上设置有螺旋天线主体和短路带，柔性介质基板连接有接地板，短路带与接地板垂直，短路带与接地板之间设置馈电端口；螺旋天线主体包括沿短路带延伸方向依次等间距排列的主体辐射螺旋臂一、耦合支节螺旋臂一、主体辐射螺旋臂二、耦合支节螺旋臂二，主体辐射螺旋臂一、主体辐射螺旋臂二的起点均位于短路带上，耦合支节螺旋臂一、耦合支节螺旋臂二的起点靠近短路带。
进一步地，主体辐射螺旋臂一、耦合支节螺旋臂一、主体辐射螺旋臂二、耦合支节螺旋臂二按同一方向螺旋设置。
进一步地，主体辐射螺旋臂一、耦合支节螺旋臂一、主体辐射螺旋臂二、耦合支节螺旋臂二的结构相同，绕制圈数不同或者相同。
进一步地，通过调节主体辐射螺旋臂一、耦合支节螺旋臂一、主体辐射螺旋臂二、耦合支节螺旋臂二的长度、宽度、主体辐射螺旋臂一和耦合支节螺旋臂一之间的间距调节双频天线的阻抗匹配和天线轴比。
进一步地，所述螺旋天线主体印制在柔性介质基板上。
进一步地，柔性介质基板为PCB板围成的空心圆柱体。
进一步地，柔性介质基板为半径10mm、高度为93.32mm的空心圆柱体，馈电端口的宽度为1.745mm、长度为2mm，短路带的宽度为1.745mm、长度为44mm，主体辐射螺旋臂一和耦合支节螺旋臂一之间的间距为10mm，主体辐射螺旋臂一与接地板间的最长垂直距离为65.5mm，耦合支节螺旋臂一与接地板间的最长垂直距离为73.34mm，主体辐射螺旋臂二与接地板间的最长垂直距离为86.69mm，耦合支节螺旋臂二与接地板间的最长垂直距离为93.32mm。
进一步地，双频全向耦合支节加载的螺旋天线的制作方法，包括以下步骤：准备柔性介质基板，柔性介质基板底部设置接地板，接地板从下到上依次垂直设置馈电端口和短路带，在柔性介质基板上沿短路带延伸方向依次等间距排列印制主体辐射螺旋臂一、耦合支节螺旋臂一、主体辐射螺旋臂二、耦合支节螺旋臂二，主体辐射螺旋臂一、主体辐射螺旋臂二的起点均位于短路带上，耦合支节螺旋臂一、耦合支节螺旋臂二的起点靠近短路带。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明中的主体辐射螺旋臂和耦合支节螺旋臂，通过调节主体辐射螺旋臂与耦合支节螺旋臂的长度，主体辐射螺旋臂激发低频段，耦合支节螺旋臂耦合出高频段，从而实现双频工作，满足了移动卫星通信收、发共用的要求；
2、本发明中的主体辐射螺旋臂和耦合支节螺旋臂，通过调节主体辐射螺旋臂与耦合支节螺旋臂的间距，可产生圆极化波，扩宽轴比带宽；
3、本发明采用四臂单馈技术，结构新颖，具有优良圆极化性能、宽轴比带宽，可实现双频工作的全向性天线，解决了一致性并提高了产品的可靠性问题，能广泛应用于导航天线领域。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种双频全向耦合支节加载的螺旋天线的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种双频全向耦合支节加载的螺旋天线的低频反射系数仿真结果；
图3为本发明实施例提供的一种双频全向耦合支节加载的螺旋天线的高频反射系数仿真结果；
图4为本发明实施例提供的一种双频全向耦合支节加载的螺旋天线的圆极化轴比带宽仿真结果；
图5为本发明实施例提供的一种双频全向耦合支节加载的螺旋天线的低频XOZ平面（俯仰面）辐射方向图；
图6为本发明实施例提供的一种双频全向耦合支节加载的螺旋天线的高频XOZ平面（方位面）辐射方向图。
图中：1-双频全向耦合支节加载的螺旋天线，10-介质基板，21-主体辐射螺旋臂一，23-主体辐射螺旋臂二，22-耦合支节螺旋臂一，24-耦合支节螺旋臂二，25-短路带，30-馈电端口，40-接地板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
一种双频全向耦合支节加载的螺旋天线，其包括柔性介质基板，柔性介质基板上设置有螺旋天线主体和短路带，柔性介质基板连接有接地板，短路带与接地板垂直，短路带与接地板之间设置馈电端口；螺旋天线主体包括沿短路带延伸方向依次等间距排列的主体辐射螺旋臂一、耦合支节螺旋臂一、主体辐射螺旋臂二、耦合支节螺旋臂二，主体辐射螺旋臂一、主体辐射螺旋臂二的起点均位于短路带上，耦合支节螺旋臂一、耦合支节螺旋臂二的起点靠近短路带。
所述馈电端口一端与所述短路带的底部相连，一端与所述接地板相连，用于对螺旋天线主体进行馈电。主体辐射螺旋臂一、耦合支节螺旋臂一、主体辐射螺旋臂二、耦合支节螺旋臂二、短路带、接地板均为导体。
进一步地，主体辐射螺旋臂一、耦合支节螺旋臂一、主体辐射螺旋臂二、耦合支节螺旋臂二按同一方向螺旋设置。
进一步地，主体辐射螺旋臂一、耦合支节螺旋臂一、主体辐射螺旋臂二、耦合支节螺旋臂二的结构相同，绕制圈数不同或者相同。
进一步地，通过调节主体辐射螺旋臂一、耦合支节螺旋臂一、主体辐射螺旋臂二、耦合支节螺旋臂二的长度、宽度、主体辐射螺旋臂一和耦合支节螺旋臂一之间的间距调节双频天线的阻抗匹配和天线轴比。通过调节主体辐射螺旋臂与耦合支节螺旋臂的长度、宽度，主体辐射螺旋臂激发低频段，耦合支节螺旋臂耦合出高频段，从而实现双频工作，满足了移动卫星通信收、发共用的要求；通过调节主体辐射螺旋臂与耦合支节螺旋臂的的间距，可产生圆极化波，扩宽轴比带宽。
进一步地，所述螺旋天线主体印制在柔性介质基板上。
进一步地，柔性介质基板为PCB板围成的空心圆柱体。柔性介质基板也可围合而成其他形状，可以是四棱柱或其他多边棱柱。
进一步地，柔性介质基板为半径10mm、高度为93.32mm的空心圆柱体，馈电端口的宽度为1.745mm、长度为2mm，短路带的宽度为1.745mm、长度为44mm，主体辐射螺旋臂一和耦合支节螺旋臂一之间的间距为10mm，主体辐射螺旋臂一与接地板间的最长垂直距离为65.5mm，耦合支节螺旋臂一与接地板间的最长垂直距离为73.34mm，主体辐射螺旋臂二与接地板间的最长垂直距离为86.69mm，耦合支节螺旋臂二与接地板间的最长垂直距离为93.32mm。
进一步地，双频全向耦合支节加载的螺旋天线的制作方法，包括以下步骤：准备柔性介质基板，柔性介质基板底部设置接地板，接地板从下到上依次垂直设置馈电端口和短路带，在柔性介质基板上沿短路带延伸方向依次等间距排列印制主体辐射螺旋臂一、耦合支节螺旋臂一、主体辐射螺旋臂二、耦合支节螺旋臂二，主体辐射螺旋臂一、主体辐射螺旋臂二的起点均位于短路带上，耦合支节螺旋臂一、耦合支节螺旋臂二的起点靠近短路带。
螺旋天线主体也可用选择性电镀、腐蚀、激光雕刻等方式在介质基板上制作。
如图2、图3、图4所示，双频全向耦合支节加载的螺旋天线的反射系数，双频全向耦合支节加载的螺旋天线的圆极化轴比/>。
本发明采用四臂单馈、耦合支节加载技术，结构新颖，具有优良圆极化性能、宽轴比带宽，可实现双频工作的全向性天线，解决了一致性并提高了产品的可靠性问题，能广泛应用于导航天线领域。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (3)

1.一种双频全向耦合支节加载的螺旋天线的制作方法，其特征在于：双频全向耦合支节加载的螺旋天线包括柔性介质基板，柔性介质基板上设置有螺旋天线主体和短路带，柔性介质基板连接有接地板，短路带与接地板垂直，短路带与接地板之间设置馈电端口；螺旋天线主体包括沿短路带延伸方向依次等间距排列的主体辐射螺旋臂一、耦合支节螺旋臂一、主体辐射螺旋臂二、耦合支节螺旋臂二，主体辐射螺旋臂一、主体辐射螺旋臂二的起点均位于短路带上，耦合支节螺旋臂一、耦合支节螺旋臂二的起点靠近短路带；
主体辐射螺旋臂一、耦合支节螺旋臂一、主体辐射螺旋臂二、耦合支节螺旋臂二的结构相同，绕制圈数不同或者相同；
通过调节主体辐射螺旋臂一、耦合支节螺旋臂一、主体辐射螺旋臂二、耦合支节螺旋臂二的长度、宽度、主体辐射螺旋臂一和耦合支节螺旋臂一之间的间距调节双频天线的阻抗匹配和天线轴比；
柔性介质基板为PCB板围成的空心圆柱体；
柔性介质基板为半径10mm、高度为93.32mm的空心圆柱体，馈电端口的宽度为1.745mm、长度为2mm，短路带的宽度为1.745mm、长度为44mm，主体辐射螺旋臂一和耦合支节螺旋臂一之间的间距为10mm，主体辐射螺旋臂一与接地板间的最长垂直距离为65.5mm，耦合支节螺旋臂一与接地板间的最长垂直距离为73.34mm，主体辐射螺旋臂二与接地板间的最长垂直距离为86.69mm，耦合支节螺旋臂二与接地板间的最长垂直距离为93.32mm；
双频全向耦合支节加载的螺旋天线的制作方法，包括以下步骤：准备柔性介质基板，柔性介质基板底部设置接地板，接地板从下到上依次垂直设置馈电端口和短路带，在柔性介质基板上沿短路带延伸方向依次等间距排列印制主体辐射螺旋臂一、耦合支节螺旋臂一、主体辐射螺旋臂二、耦合支节螺旋臂二，主体辐射螺旋臂一、主体辐射螺旋臂二的起点均位于短路带上，耦合支节螺旋臂一、耦合支节螺旋臂二的起点靠近短路带。
2.根据权利要求1所述的双频全向耦合支节加载的螺旋天线的制作方法，其特征在于：主体辐射螺旋臂一、耦合支节螺旋臂一、主体辐射螺旋臂二、耦合支节螺旋臂二按同一方向螺旋设置。
3.根据权利要求1所述的双频全向耦合支节加载的螺旋天线的制作方法，其特征在于：所述螺旋天线主体印制在柔性介质基板上。
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