CN110534892B - 一种小型化内侧螺旋耦合馈电的缝隙螺旋天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种小型化内侧螺旋耦合馈电的缝隙螺旋天线，所述缝隙螺旋天线呈筒形；筒形天线的侧壁为天线的介质基板；所述筒形天线的侧壁内表面印有螺旋形的微带馈线；所述微带馈线的起始端与筒形天线底部的微带线相接以进行同轴馈电；筒形天线的侧壁外表面印有多条缝隙螺旋臂；所述缝隙螺旋臂一端延伸至筒形天线顶部的辐射板，另一端与微带馈线耦合以耦合馈电实现天线的圆极化及有效辐射；本发明采用缝隙螺旋结构，并通过简易的馈电网络耦合馈电实现螺旋天线的圆极化，结构小巧简单，适合批量生产，覆盖GPS L1频段、北斗B1频段、GLONASS L1频段，可应用在卫星导航系统终端设备中。
Description
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其是一种小型化内侧螺旋耦合馈电的缝隙螺旋天线。
背景技术
天线作为无线通信系统的终端设备，它能将空间中的电磁波辐射转换为电信号，是必不可缺的重要部件，其性能的好坏直接影响着通信的质量。在卫星通信系统中，由于电磁波在穿透大气层中的电离层时会发生法拉第旋转效应，如果通信收发系统采用线极化信号，将会由于极化失配而降低接收信号的质量，因此在通信系统中一般采用圆极化波作为收发信号。
卫星导航系统的众多终端天线的结构形式多种多样，这些天线都有着不同的特点，其中应用最为广泛的当属四臂螺旋天线和微带贴片天线。其中，微带贴片天线的优点在于其结构简单，馈电方便，有利于抵抗多路径干扰，但其低仰角性能差。四臂螺旋天线因其宽波束特性、低仰角增益高、圆极化性能良好等优点被广泛应用于卫星导航终端设备中，但其结构复杂，加工精度要求高。
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
本发明提出一种小型化内侧螺旋耦合馈电的缝隙螺旋天线，采用缝隙螺旋结构，并通过简易的馈电网络耦合馈电实现螺旋天线的圆极化，结构小巧简单，适合批量生产，覆盖GPS L1频段、北斗B1频段、GLONASS L1频段，可应用在卫星导航系统终端设备中。
本发明采用以下技术方案。
一种小型化内侧螺旋耦合馈电的缝隙螺旋天线，所述缝隙螺旋天线呈筒形；筒形天线的侧壁为天线的介质基板；所述筒形天线的侧壁内表面印有螺旋形的微带馈线；所述微带馈线的起始端与筒形天线底部的微带线相接以进行同轴馈电；筒形天线的侧壁外表面印有多条缝隙螺旋臂；所述缝隙螺旋臂一端延伸至筒形天线顶部的辐射板，另一端与微带馈线耦合以耦合馈电实现天线的圆极化及有效辐射。
所述筒形天线侧壁的外表面开有多条槽；所述缝隙螺旋臂印制在筒形天线侧壁外表面的开槽处；各缝隙螺旋臂向上螺旋。
所述筒形天线的形状为矩形筒、方形筒、圆柱形筒或多边棱柱筒中的一种。
所述筒形天线侧壁的介质基板、底面的接地板和顶面的辐射板以电路板材成型；所述电路板材为FR4板材、Rogers板材或联茂板材。
所述缝隙螺旋臂的数量为四条、六条或八条。
所述顶部辐射板的形状可以是方形、圆形或多边形；
当缝隙螺旋臂的数量为四条时，所述缝隙螺旋臂的缝隙宽度可以是固定的，也可以是渐变的；
当缝隙螺旋臂的数量为四条时，各缝隙螺旋臂的间距可以是等距的，也可以是不等距的；
当缝隙螺旋臂的数量为四条时，各缝隙螺旋臂可以按同角度螺旋，也可以按不同角度螺旋。
当缝隙螺旋臂的数量为四条时，所述缝隙螺旋臂的长度为天线工作频段中心频率的半波长长度或半波长长度的整数倍。
所述微带馈线的宽度可以是渐变的也可以是非渐变的。
所述微带馈线的长度为天线工作频段中心频率的四分之一波长的整数倍。
所述筒形天线的底部的接地板的形状可以是方形、圆形或多边形。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明采用缝隙螺旋结构，有效实现天线的宽频带和定向性，并且不需要传统的复杂电桥进行馈电，通过简易的馈电网络耦合馈电实现螺旋天线的圆极化，结构小巧简单，方形螺旋天线主体均建立在FR4板材，天线成本低且易于制造，适合批量生产，可应用在卫星导航系统终端设备中。
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：
附图1是本发明的立体示意图；
附图2是本发明的正面示意图；
附图3是本发明的俯视向示意图；
附图4是筒形天线展开侧壁、顶面和底面后的示意图；
附图5是本发明的接地板下表面示意图；
附图6是本发明的反射系数仿真结果示意图；
附图7是本发明的圆极化轴比带仿真结果示意图；
附图8为方形的缝隙螺旋天线右旋方形示意图；
附图9为方形缝隙螺旋天线左旋方形示意图；
图中：1-筒形天线的侧壁；2-缝隙螺旋臂；3-微带馈线；4-接地板；5-辐射板；6-空气层；7-同轴探针；8-微带馈线末端；9-激励端口。
具体实施方式
如图1-9所示，一种小型化内侧螺旋耦合馈电的缝隙螺旋天线，所述缝隙螺旋天线呈筒形；筒形天线的侧壁1为天线的介质基板；所述筒形天线的侧壁内表面印有螺旋形的微带馈线3；所述微带馈线的起始端与筒形天线底部的微带线4相接以进行同轴馈电；筒形天线的侧壁外表面印有多条缝隙螺旋臂2；所述缝隙螺旋臂一端延伸至筒形天线顶部的辐射板5，另一端与微带馈线耦合以耦合馈电实现天线的圆极化及有效辐射。
所述筒形天线侧壁的外表面开有多条槽；所述缝隙螺旋臂印制在筒形天线侧壁外表面的开槽处；各缝隙螺旋臂向上螺旋。
所述筒形天线的形状为矩形筒、方形筒、圆柱形筒或多边棱柱筒中的一种。
所述筒形天线侧壁的介质基板、底面的接地板和顶面的辐射板以电路板材成型；所述电路板材为FR4板材、Rogers板材或联茂板材。
所述缝隙螺旋臂的数量为四条、六条或八条。
所述顶部辐射板的形状可以是方形、圆形或多边形；
当缝隙螺旋臂的数量为四条时，所述缝隙螺旋臂的缝隙宽度可以是固定的，也可以是渐变的；
当缝隙螺旋臂的数量为四条时，各缝隙螺旋臂的间距可以是等距的，也可以是不等距的；
当缝隙螺旋臂的数量为四条时，各缝隙螺旋臂可以按同角度螺旋，也可以按不同角度螺旋。
当缝隙螺旋臂的数量为四条时，所述缝隙螺旋臂的长度为天线工作频段中心频率的半波长长度或半波长长度的整数倍。
所述微带馈线的宽度可以是渐变的也可以是非渐变的。
所述微带馈线的长度为天线工作频段中心频率的四分之一波长的整数倍。
所述筒形天线的底部的接地板的形状可以是方形、圆形或多边形。
本例中，微带馈线末端8设有激励端口9；所述激励端口以同轴探针与微带馈线相连；所述螺旋天线通过同轴探针7在激励端口9实现底部同轴馈电。
本例中，缝隙螺旋臂印制在筒形天线侧壁外表面的开槽处，所述开槽可以是穿透筒形天线侧壁的通槽，也可以是刻于筒形天线侧壁外表面的沟槽。
本例中，所述螺旋天线底部接地板4形状不限，可以是方形、圆形，也可以是其它多边形，具体情况根据需求而定，只要能够实现所述微带馈线3和微带馈线末端8相连接即可。
所述螺旋天线顶部辐射板5形状不限，可以是方形、圆形，也可以是其它多边形，具体情况根据需求而定，只要能够实现所述四条缝隙螺旋臂2能够从介质外表面延伸至顶部，实现天线小型化的效果即可。若无具体尺寸需求，也可以去除顶部辐射板。
本发明实例提供了一种小型化内侧螺旋耦合馈电的缝隙螺旋天线，天线采用缝隙螺旋结构，有效实现天线的宽频带和定向性，并且不需要传统的复杂电桥进行馈电，通过简易的馈电网络耦合馈电实现螺旋天线的圆极化，结构小巧简单，方形螺旋天线主体均建立在简易电路板材上，天线成本低且易于制造，适合批量生产，可应用在卫星导航系统终端设备中。
Claims (8)
1.一种小型化内侧螺旋耦合馈电的缝隙螺旋天线，其特征在于：所述缝隙螺旋天线呈筒形；筒形天线的侧壁为天线的介质基板；所述筒形天线的侧壁内表面印有螺旋形的微带馈线；所述微带馈线的起始端与筒形天线底部的微带线相接以进行同轴馈电；筒形天线的侧壁外表面印有多条缝隙螺旋臂；所述缝隙螺旋臂一端延伸至筒形天线顶部的辐射板，另一端与微带馈线耦合以耦合馈电实现天线的圆极化及有效辐射；
所述筒形天线侧壁的外表面开有多条槽；所述缝隙螺旋臂印制在筒形天线侧壁外表面的开槽处；各缝隙螺旋臂向上螺旋；
所述微带馈线的长度为天线工作频段中心频率的四分之一波长的整数倍。
2.根据权利要求1所述的一种小型化内侧螺旋耦合馈电的缝隙螺旋天线，其特征在于：所述筒形天线的形状为矩形筒、方形筒、圆柱形筒或多边棱柱筒中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种小型化内侧螺旋耦合馈电的缝隙螺旋天线，其特征在于：所述筒形天线侧壁的介质基板、底面的接地板和顶面的辐射板以电路板材成型；所述电路板材为FR4板材、Rogers板材或联茂板材。
4.根据权利要求1所述的一种小型化内侧螺旋耦合馈电的缝隙螺旋天线，其特征在于：所述缝隙螺旋臂的数量为四条、六条或八条。
5.根据权利要求1所述的一种小型化内侧螺旋耦合馈电的缝隙螺旋天线，其特征在于：辐射板的形状是方形、圆形或多边形；
当缝隙螺旋臂的数量为四条时，所述缝隙螺旋臂的缝隙宽度是固定的或是渐变的；
当缝隙螺旋臂的数量为四条时，各缝隙螺旋臂的间距可以是等距的，也可以是不等距的；
当缝隙螺旋臂的数量为四条时，各缝隙螺旋臂可以按同角度螺旋，也可以按不同角度螺旋。
6.根据权利要求1所述的一种小型化内侧螺旋耦合馈电的缝隙螺旋天线，其特征在于：当缝隙螺旋臂的数量为四条时，所述缝隙螺旋臂的长度为天线工作频段中心频率的半波长长度或半波长长度的整数倍。
7.根据权利要求1所述的一种小型化内侧螺旋耦合馈电的缝隙螺旋天线，其特征在于：所述微带馈线的宽度是渐变的或是非渐变的。
8.根据权利要求1所述的一种小型化内侧螺旋耦合馈电的缝隙螺旋天线，其特征在于：所述筒形天线的底部的接地板的形状是方形、圆形或多边形。
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