CN109586009A - 一种新型四臂螺旋天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型四臂螺旋天线，该天线包括长螺旋臂、短螺旋臂、馈电巴伦、支撑结构、接地板和射频连接器组成。其中，长螺旋臂、短螺旋臂与馈电巴伦外导体焊接固定，每个螺旋臂绕制1.5圈；支撑结构用螺钉与馈电巴伦外导体固定，用于保证螺旋线线形；馈电巴伦外导体与射频连接器外导体均用螺钉与接地板固定；射频连接器内导体与馈电巴伦内导体固定。整个天线结构新颖、牢靠，不依附任何微波介质，具有良好的抗冲击、抗振动、抗热应力能力，具有较强的环境适应性。同时，与其他形式的宽波束天线相比，具有更高的低仰角增益。该发明天线是一款真正实现宽波束、高增益的四臂螺旋天线。

Description

一种新型四臂螺旋天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别是对宽波束、高增益天线技术领域。

背景技术

四臂螺旋天线是一种常见的圆极化天线。如专利“一种功分相移馈电网络的介质加载四臂螺旋天线”(申请号：CN200910193566.X)，专利“一种新自移相四臂螺旋天线”(申请号：CN201510954337.0)，专利“一种四臂螺旋天线”(申请号：CN201610528289.3)，以及专利“一种宽带宽波束圆极化四臂螺旋天线”(申请号：CN201420142478.3)。这类天线辐射主体为柔性印刷电路板，力热学性能差且工程实现难度大，不能满足复杂使用环境要求。

为提升天线对复杂环境的适应性，螺旋天线采用金属线绕制成型。如专利“星载多导航系统八臂螺旋天线”(申请号：CN201711326077.8)，以及专利“一种星载四缝隙馈电的四臂螺旋天线”(申请号：CN201711163621.1)。此类螺旋天线均采用每条螺旋臂绕制0.5圈的形式，波束宽度有限，不能满足半球面空域内的高增益要求；在馈电结构的外导体侧壁，依次相隔90度，纵向开槽，长度分别为λ/8，λ/4，3λ/8，3λ/8，开槽将导致馈电结构外导体容易被螺旋线拉变形，尤其在冲击和振动使用环境下，容易造成天线电性能失效。

发明内容

要解决的技术问题

为了解决现有四臂螺旋天线无法满足宽波束覆盖特性，不具备抗冲击、正弦、随机等振动能力的缺陷，本发明提出一种新型四臂螺旋天线。

技术方案

一种新型四臂螺旋天线，其特征在于包括长螺旋臂、短螺旋臂、馈电巴伦、支撑结构、底板和射频连接器；所述长螺旋臂为一组等螺距等直径1.5圈金属螺旋线结构，上下两端焊接在馈电巴伦的外导体上；所述短螺旋臂为一组等螺距等直径1.5圈金属螺旋线结构，上下两端焊接在馈电巴伦的外导体上；所述馈电巴伦为管状金属外导体和柱状金属内导体组成的同轴线结构，馈电巴伦通过底部法兰和螺钉与底板固定，在馈电巴伦的外导体侧壁，依次相隔180度，纵向开槽，长度均为λ/10；所述支撑结构通过螺钉固定在所述馈电巴伦中部，用于保证螺旋线线形；所述底板为圆形金属板，通过螺钉连接馈电巴伦底部法兰，支撑整个天线结构；所述射频连接器外导体与底板用螺纹连接，内导体与馈电巴伦内导体固定。

所述的支撑结构由两片介质板拼接而成，每片介质板包含两段外径不一样的圆周，外径较大的轮廓与长臂螺旋相切；外径较小的轮廓与短臂螺旋相切；在长臂螺旋、短臂螺旋分别与支撑结构相切处，采用涂抹有环氧树脂胶的玻璃丝，对支撑结构与螺旋线进行缠绕缝制，待固化后实现对长臂螺旋和短臂螺旋的固定，用于保证螺旋线线形。

有益效果

本发明提出的一种新型四臂螺旋天线，有效提高了天线在半球面角域内的增益，结构简单、易于安装，能够抗冲击、正弦、随机等振动，具有较好的结构稳定性和环境适应性。同时，与其他形式的宽波束天线相比，具有更高的低仰角增益。该发明天线是一款真正实现宽波束、高增益的四臂螺旋天线。

附图说明

图1为本发明的天线整体结构示意图；

图2为本发明的天线支撑结构示意图；

图3为本发明的辐射方向图示意图；

1-长螺旋臂、2-短螺旋臂、3-馈电巴伦、4-支撑结构、5-底板、6-射频连接器。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本发明提供一种天线，包括长螺旋臂1、短螺旋臂2、馈电巴伦3、支撑结构4、接地板5和射频连接器6组成。其中，长螺旋臂1、短螺旋臂2与馈电巴伦3外导体焊接固定；支撑结构4用螺钉与馈电巴伦3外导体固定；馈电巴伦3外导体与射频连接器6外导体均用螺钉与接地板5固定；射频连接器6内导体与馈电巴伦3内导体固定。

进一步地，长螺旋臂1为一组两条相同的金属螺旋线，绕制1.5圈；短螺旋臂2为一组两条相同的金属螺旋线，绕制1.5圈，可实现半球面角域高增益覆盖的方向图。

更进一步地，所述馈电巴伦3具有对所述长螺旋臂1和短螺旋臂2的馈电和支撑功能。

更进一步地，所述支撑结构4为两片对称结构的介质材料，通过螺钉固定在所述馈电巴伦3中部。分别与长螺旋臂1和短螺旋臂2相切，用于保证螺旋线形，使天线可以适应复杂工作环境。

如图1所示，本发明提供的一种新型四臂螺旋天线，包括：长螺旋臂1，所述长螺旋臂1为一组对称分布的等螺距等直径1.5圈金属螺旋线结构，上下两端焊接在所述馈电巴伦3的外导体上；短螺旋臂2，所述短螺旋臂2为一组对称分布的等螺距等直径1.5圈金属螺旋线结构，上下两端焊接在所述馈电巴伦3的外导体上；馈电巴伦3，所述馈电巴伦3为管状金属外导体和柱状金属内导体组成的同轴线结构，所述馈电巴伦3通过底部法兰和螺钉与所述底板5固定，内外导体在顶部相连；支撑结构4，所述支撑结构4通过螺钉固定在所述馈电巴伦3中部，用于保证螺旋线线形；底板5，所述底板5为圆形金属板，通过螺钉连接所述馈电巴伦3底部法兰，支撑整个天线结构；射频连接器6，所述射频连接器6外导体与所述底板5用螺纹连接，内导体与所述馈电巴伦3内导体固定。

如图2所示，支撑结构4由两片介质材料拼接而成，分别固定在馈电巴伦3的中部。其中，外径较大的轮廓与长臂螺旋1相切；外径较小的轮廓与短臂螺旋2相切；在长臂螺旋1、短臂螺旋2分别与支撑结构4相切处，采用涂抹有环氧树脂胶的玻璃丝，对支撑结构4与螺旋线进行缠绕缝制，待固化后实现对长臂螺旋1和短臂螺旋2的固定，用于保证螺旋线线形。

如图3所示，天线辐射方向图具有良好的波瓣宽度和增益，半球面角域内圆极化增益＞-3dBi。

工作原理：底板5作为天线的金属地，射频连接器6对馈电巴伦3进行直接馈电，对应频段电信号通过馈电巴伦3进入长螺旋臂1和短螺旋臂2，激励起对应频段高频电流，从而辐射出电磁波。本发明的天线接收电磁波的过程与上述辐射电磁波的过程相反。

通过上述技术方案，本发明采用1.5圈绕制方式，显著提高天线在半球面角域内的增益；采用自相移馈电方式，馈电巴伦3的外导体侧壁，依次相隔180度，纵向开槽，长度分别为λ/10，λ/10，减少了开槽数量和开槽深度，显著增强结构力学性能；在整体结构中部，采用支撑结构4对螺旋线进行固定，通过冲击、随机振动、正弦振动、高低温循环试验验证，天线辐射性能把持一致，具有较好的结构稳定性和环境适应性。

Claims (2)

1.一种新型四臂螺旋天线，其特征在于包括长螺旋臂(1)、短螺旋臂(2)、馈电巴伦(3)、支撑结构(4)、底板(5)和射频连接器(6)；所述长螺旋臂(1)为一组等螺距等直径1.5圈金属螺旋线结构，上下两端焊接在馈电巴伦(3)的外导体上；所述短螺旋臂(2)为一组等螺距等直径1.5圈金属螺旋线结构，上下两端焊接在馈电巴伦(3)的外导体上；所述馈电巴伦(3)为管状金属外导体和柱状金属内导体组成的同轴线结构，馈电巴伦(3)通过底部法兰和螺钉与底板(5)固定，在馈电巴伦(3)的外导体侧壁，依次相隔180度，纵向开槽，长度均为λ/10；所述支撑结构(4)通过螺钉固定在所述馈电巴伦(3)中部，用于保证螺旋线线形；所述底板(5)为圆形金属板，通过螺钉连接馈电巴伦(3)底部法兰，支撑整个天线结构；所述射频连接器(6)外导体与底板(5)用螺纹连接，内导体与馈电巴伦(3)内导体固定。

2.根据权利要求1所述的一种新型四臂螺旋天线，其特征在于所述的支撑结构(4)由两片对称结构的介质板拼接而成，每片介质板包含两段半径不一样的圆周，外径较大的轮廓与长臂螺旋(1)相切；外径较小的轮廓与短臂螺旋(2)相切；在长臂螺旋(1)、短臂螺旋(2)分别与支撑结构(4)相切处，采用涂抹有环氧树脂胶的玻璃丝，对支撑结构(4)与螺旋线进行缠绕缝制，待固化后实现对长臂螺旋(1)和短臂螺旋(2)的固定，用于保证螺旋线线形。