CN110212291B - 一种应用于卫星导航终端的方形六臂缝隙螺旋天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种应用于卫星导航终端的方形六臂缝隙螺旋天线，包括天线主体，所述天线的馈电网络与N根相互平行的螺旋臂单元相连；所述螺旋臂单元向远离接地板的方向螺旋延伸；所述螺旋臂单元螺旋面的俯视向呈矩形；每个螺旋臂单元的螺旋面均由螺旋臂单元弯折四次形成，每次弯折的角度相同以激发圆极化波来实现天线的圆极化；本发明不需要电桥、成本低、性能良好、结构简单、尺寸小巧，适合应用在卫星导航终端导航设备中。

Description

一种应用于卫星导航终端的方形六臂缝隙螺旋天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其是一种应用于卫星导航终端的方形六臂缝隙螺旋天线。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展，天线作为各种无线通信设备中必不可少的元器件，获得了广泛的应用和重要的技术进展。
定向天线是指在某一个或某几个特定方向上发射及接收电磁波特别强，而在其他的方向上发射及接收电磁波则为零或极小的一种天线。采用定向发射天线的目的是增加辐射功率的有效利用率，增加保密性；采用定向接收天线的主要目的是增强信号强度增加抗干扰能力。
在许多雷达系统、导航系统、卫星系统和遥控遥测等系统中，圆极化天线是一种常用的天线形式。圆极化天线有利于对空间电磁波的接收，同时还能够抑制雨雾反射杂波的干扰。开展低成本、小型化、低剖面的圆极化天线的研究具有重要的实际意义。
如今，全球导航卫星系统（GNSS）在日常军事，民用和商业应用中发挥着重要作用，具有良好性能的圆极化天线并具有很好地定向性是这些应用的关键。
传统的四臂螺旋天线因其优异的性能得到广泛的应用，随着卫星通信和导航技术的快速发展，市场对于天线产品的要求越来越高。传统的螺旋天线必须配备复杂的电桥，且不易于小型化，所以必须提出一种新型的螺旋天线，在保证天线性能的前提下，实现天线结构简单化、小型化。
发明内容
本发明提出一种应用于卫星导航终端的方形六臂缝隙螺旋天线，不需要电桥、成本低、性能良好、结构简单、尺寸小巧，适合应用在卫星导航终端导航设备中。
本发明采用以下技术方案。
一种应用于卫星导航终端的方形六臂缝隙螺旋天线，包括天线主体（1），所述天线的馈电网络（6）与N根相互平行的螺旋臂单元（2）相连；所述螺旋臂单元向远离接地板（4）的方向螺旋延伸；所述螺旋臂单元螺旋面的俯视向呈矩形；每个螺旋臂单元的螺旋面均由螺旋臂单元弯折四次形成，每次弯折的角度相同以激发圆极化波来实现天线的圆极化。
所述螺旋臂单元为缝隙结构，各个螺旋臂单元位于一金属的矩形筒筒壁处；所述各个螺旋臂单元的长度相同且旋转方向相同，各个螺旋臂单元的间距相同。
所述N为六，所述各螺旋臂单元螺旋面为设于矩形筒筒壁处的开槽缝隙。
各螺旋臂单元向上弯折螺旋且向上的倾斜角优选范围为15-30°。
所述馈电网络包括弯折于矩形筒筒壁下部并延伸至接地板上表面的馈电线路，馈电网络的馈电输入端（31）位于矩形筒筒底的接地板处并经同轴线（7）与激励端口（51）相连。
所述接地板为厚度范围在0.5mm-2mm的接地板；所述馈电网络的金属条带宽度为1-2.5mm。
所述接地板下表面处设有经弯折成型的环形反射贴片（52）；所述反射贴片的外沿与贴片缝隙相接。
所述天线谐振的频点可经由调节螺旋臂单元的长度来调节。
所述天线谐振的频点位于全球定位系统GPSL1接收频段，或是位于北斗卫星导航系统BDS的接收频段B1。
所述天线采用耦合馈电，天线的尺寸优选采用23mm*23mm*53mm。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明采用在金属表面开槽而不是传统的金属条，可以有效实现宽频带与天线定向性。采用耦合馈电，与传统的螺旋天线相比，不需要复杂的电桥，天线结构更加简单，螺旋天线主体和弯折形馈电网络结构均建立在联茂IT-8350G板材，天线成本低且易于制造。该天线的尺寸优选采用23mm*23mm*53mm,该天线性能良好，结构简单，尺寸小巧，适合应用于卫星导航终端设备中。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
图1为缝隙螺旋天线的立体图；
图2为缝隙螺旋天线的正视图；
图3为缝隙螺旋天线的俯视图；
图4为图1的平面展开示意图；
图5为缝隙螺旋天线底部接地板的下表面示意图；
图6为缝隙螺旋天线的反射系数仿真结果图；
图7为缝隙螺旋天线的圆极化轴比带宽仿真结果图；
图8为缝隙螺旋天线右旋方形图；
图9为缝隙螺旋天线左旋方形图；
图中，1、天线主体，2、螺旋臂单元，3、矩形筒，4、接地板，5、空气层，6、馈电网络，7、同轴线，31、馈电输入端，51、激励端口，52、环形反射贴片，53、贴片缝隙。
具体实施方式
如图1-9所示，一种应用于卫星导航终端的方形六臂缝隙螺旋天线，包括天线主体1，所述天线的馈电网络6与N根相互平行的螺旋臂单元2相连；所述螺旋臂单元向远离接地板4的方向螺旋延伸；所述螺旋臂单元螺旋面的俯视向呈矩形；每个螺旋臂单元的螺旋面均由螺旋臂单元弯折四次形成，每次弯折的角度相同以激发圆极化波来实现天线的圆极化。
所述螺旋臂单元为缝隙结构，各个螺旋臂单元位于一金属的矩形筒筒壁处；所述各个螺旋臂单元的长度相同且旋转方向相同，各个螺旋臂单元的间距相同。
所述N为六，所述各螺旋臂单元螺旋面为设于矩形筒筒壁处的开槽缝隙。
开槽缝隙处设有空气层5；各螺旋臂单元向上弯折螺旋且向上的倾斜角优选范围为15-30°。
所述馈电网络包括弯折于矩形筒筒壁下部并延伸至接地板上表面的馈电线路，馈电网络的馈电输入端31位于矩形筒筒底的接地板处并经同轴线7与激励端口51相连。
所述接地板为厚度范围在0.5mm-2mm的接地板；所述馈电网络的金属条带宽度为1-2.5mm。
所述接地板下表面处设有经弯折成型的环形反射贴片52；所述反射贴片的外沿与贴片缝隙53相接。
所述天线谐振的频点可经由调节螺旋臂单元的长度来调节。
所述天线谐振的频点位于全球定位系统GPSL1接收频段，或是位于北斗卫星导航系统BDS的接收频段B1。
所述天线采用耦合馈电，天线的尺寸优选采用23mm*23mm*53mm。
本例中，所述天线采用在介质外表面开槽的形式组成六组螺旋臂单元缝隙，馈电网络附着于方形筒介质的内表面，采用耦合馈电方试，不需要电桥，结构简单，尺寸小巧。
本例中，该天线尺寸为23mm*23mm*53mm，底部FR4接地板尺寸为35mm*35mm*0.8mm。
具体尺寸有：联茂IT-8350G板材3的厚度为0.5mm，螺旋天线主体1的高度为53mm，螺旋天线主体1周长为92mm，六组螺旋臂单元2的长度为91mm，宽度为3.2mm，沿水平面向上倾斜的角度为23°，弯折形馈电网络6的宽度为1.5mm，同轴线7的半径为0.45mm,激励端口51的半径为1.3mm，底部FR4接地板4下表面的弯折环形反射贴片52的贴片缝隙52缝隙宽度为1mm。
所述矩形筒优选以联茂IT-8350G板材制备成型；所述接地板优选以FR4接地板成型。
以上参照附图说明了本发明的优选实施例，并非因此局限本发明的权利范围。本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本发明的权利范围之内。

Claims (4)

1.一种应用于卫星导航终端的方形六臂缝隙螺旋天线，包括天线主体（1），其特征在于：所述天线的馈电网络（6）与N根相互平行的螺旋臂单元（2）相连；所述螺旋臂单元向远离接地板（4）的方向螺旋延伸；所述螺旋臂单元螺旋面的俯视向呈矩形；每个螺旋臂单元的螺旋面均由螺旋臂单元弯折四次形成，每次弯折的角度相同以激发圆极化波来实现天线的圆极化；
所述螺旋臂单元为缝隙结构，各个螺旋臂单元位于一金属的矩形筒筒壁处；所述各个螺旋臂单元的长度相同且旋转方向相同，各个螺旋臂单元的间距相同；
所述N为六，所述各螺旋臂单元螺旋面为设于矩形筒筒壁处的开槽缝隙；
各螺旋臂单元向上弯折螺旋且向上的倾斜角范围为15-30°；
所述馈电网络包括弯折于矩形筒筒壁下部并延伸至接地板上表面的馈电线路，馈电网络的馈电输入端（31）位于矩形筒筒底的接地板处并经同轴线（7）与激励端口（51）相连；
所述接地板为厚度范围在0.5mm-2mm的接地板；所述馈电网络的金属条带宽度为1-2.5mm；
在天线接地板四周蚀刻有闭合的弯折形贴片缝隙；
所述天线采用在方形筒介质外表面开槽的形式组成六组螺旋臂单元缝隙，馈电网络附着于方形筒介质的内表面，采用耦合馈电方试，其结构不需要电桥。
2.根据权利要求1所述的一种应用于卫星导航终端的方形六臂缝隙螺旋天线，其特征在于：所述天线谐振的频点可经由调节螺旋臂单元的长度来调节。
3.根据权利要求2所述的一种应用于卫星导航终端的方形六臂缝隙螺旋天线，其特征在于：所述天线谐振的频点位于全球定位系统GPSL1接收频段，或是位于北斗卫星导航系统BDS的接收频段B1。
4.根据权利要求2所述的一种应用于卫星导航终端的方形六臂缝隙螺旋天线，其特征在于：所述天线采用耦合馈电，天线的尺寸采用23mm*23mm*53mm。
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