CN110690561B - 应用于卫星导航终端的宽带小型化天线及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种应用于卫星导航终端的宽带小型化天线及其工作方法，包括底部介质板，底部介质板上方设置有四块结构相同并围合成矩形的侧介质板；侧介质板的其中一个上顶角具有斜向下延伸的被耦合的直线辐射臂，侧介质板的另一个上顶角具有沿水平向中间延伸后再斜向下延伸的被耦合的拐形辐射臂，相邻两侧介质板之间同一顶角处的拐形辐射臂和长辐射臂连为一体形成被耦合的弯折辐射臂；侧介质板上还设置有为与直线辐射臂斜下侧并与直线辐射臂平行的耦合辐射臂，耦合辐射臂和直线辐射臂之间留有耦合缝隙。该天线采用耦合形式的辐射臂，有利于调整天线的阻抗匹配，提高天线的带宽，能量耦合缩短了电长度，有利于天线的小型化，缩小天线的整体体积。

Description

应用于卫星导航终端的宽带小型化天线及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种应用于卫星导航终端的宽带小型化天线及其工作方法，无线通信技术领域。
背景技术
四臂螺旋天线通过四根螺旋臂组成，每根螺旋臂长度为M （顶端开路时，M为奇数；顶端短路时，M为偶数），输入信号通过馈电网络传输到辐射臂上，馈电端电流相等，相位两两相差90°。现有的四臂螺旋技术方案主要有两个：其一，采用自相移式的双螺旋结构加巴伦馈电，优点是不许需要馈电网络、可靠性高，缺点是会导致天线的阻抗带宽和轴比带宽过窄 ，从而影响天线的辐射性能且难以应用于宽带系统；其二，相同的四臂长度加依次90°相差的等幅馈电，优点是相位控制容易、带宽较宽，缺点是结构较为复杂，此外多折叠的辐射臂降低了系统的接收可靠性，复杂的馈电网络结构也不利于集成在小型化的螺旋天线内部。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种体积小，有利于调整天线的阻抗匹配，提高天线的带宽的应用于卫星导航终端的宽带小型化天线及其工作方法。
本发明采用以下方案实现：一种应用于卫星导航终端的宽带小型化天线，包括底部介质板，所述底部介质板的四周边缘部上方设置有四块结构相同并围合成正方形的侧介质板；所述侧介质板的其中一个上顶角具有斜向下延伸的被耦合的直线辐射臂，侧介质板的另一个上顶角具有沿水平向中间延伸后再斜向下延伸的被耦合的拐形辐射臂，相邻两侧介质板之间同一顶角处的拐形辐射臂和长辐射臂连为一体形成被耦合的弯折辐射臂；所述侧介质板上还设置有位于直线辐射臂斜下侧并与直线辐射臂平行的耦合辐射臂，所述耦合辐射臂和直线辐射臂之间留有耦合缝隙。
进一步的，所述拐形辐射臂的拐角为锐角，拐形辐射臂下端延伸至侧介质板的侧边沿；所述直线辐射臂与其上端顶角所对应的对角线相平行。
进一步的，所述耦合辐射臂下端具有形成Y形结构并延伸至侧介质板下边沿的两个支脚，所述底板介质板每侧边沿均设置有对应侧侧介质板上耦合辐射臂的两个支脚衔接的输入端口。
进一步的，所述底部介质板采用介电常数为4.4，正切损耗为0.02的FR4介质板，所述侧介质板采用介电常数为3.3，正切损耗为0.002的rogers4533介质板。
进一步的，所述弯折辐射臂和弯折辐射臂的线宽均为1mm，弯折辐射臂的线长为35.5mm，耦合辐射臂的线长为14.8mm，耦合缝隙的宽度为0.2mm。
本发明另一技术方案：一种如上所述应用于卫星导航终端的宽带小型化天线的工作方法，能量由耦合辐射臂通过耦合缝隙耦合到弯折辐射臂上，采用电桥实现圆极化相位差，使得带宽进一步增大，能量耦合减小电长度使辐射臂的长度缩短。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明应用于卫星导航终端的宽带小型化天线采用耦合形式的辐射臂，耦合辐射臂与传统的长度为M辐射臂相比，更有利于调整天线的阻抗匹配，提高天线的带宽，而且能量耦合缩短了电长度，有利于天线的小型化，缩小天线的整体体积。
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例正视图；
图2为本发明实施例侧面展开图；
图3为本发明实施例俯视图；
图4为本发明实施例天线的反射系数仿真结果图；
图5为本发明实施例天线的XOZ面方向图；
图6为本发明实施例天线的3D方向图；
图中标号说明：1-侧介质板、2-弯折辐射臂、21-直线辐射臂、22-拐形辐射臂、3-耦合辐射臂、4-输入端口，5-耦合缝隙、6-底部介质板。
具体实施方式
如图1~6所示，一种应用于卫星导航终端的宽带小型化天线，包括底部介质板6，所述底部介质板6的四周边缘部上方设置有四块结构相同并围合成正方形的侧介质板1，侧介质板垂直于底部介质板；所述侧介质板1的其中一个上顶角具有斜向下延伸的被耦合的直线辐射臂21，侧介质板1的另一个上顶角具有沿水平向中间延伸后再斜向下延伸的被耦合的拐形辐射臂22，相邻两侧介质板1之间同一顶角处的拐形辐射臂和长辐射臂连为一体形成被耦合的弯折辐射臂2；所述侧介质板上还设置有位于直线辐射臂斜下侧并与直线辐射臂平行的耦合辐射臂3，所述耦合辐射臂3和直线辐射臂21之间留有耦合缝隙5；本专利设计的四臂螺旋天线，在现有技术第二种方案的基础上通过螺旋臂耦合的形式改善了螺旋臂的结构，采用电桥实现圆极化相位差的需求，耦合的辐射臂，能量耦合减小电长度使辐射臂的长度缩短，便于天线的小型化；在小型化的基础上进一步提高了四臂螺旋天线的性能。
在本实施例中，所述拐形辐射臂22的拐角为锐角，拐形辐射臂22下端延伸至侧介质板的侧边沿；所述直线辐射臂21与其上端顶角所对应的对角线相平行，直线辐射臂下端接近与其上端顶角相对的下顶角，耦合辐射臂3上端与直线辐射臂上端顶角对应侧边沿之间留有距离。
在本实施例中，所述耦合辐射臂3下端具有形成Y形结构并延伸至侧介质板下边沿的两个支脚，所述底板介质板每侧边沿均设置有对应侧侧介质板上耦合辐射臂的两个支脚衔接的输入端口4。
在本实施例中，所述底部介质板采用介电常数为4.4，正切损耗为0.02的FR4介质板，所述侧介质板采用介电常数为3.3，正切损耗为0.002的rogers4533介质板。
在本实施例中，所述底部介质板呈正方形，该天线总体尺寸为12mm*12mm*20mm，
在本实施例中，所述弯折辐射臂和弯折辐射臂的线宽均为1mm，弯折辐射臂的线长为35.5mm，耦合辐射臂的线长为14.8mm，辐射臂长决定工作的中心频率；耦合缝隙的宽度为0.2mm，能量通过耦合缝隙耦合到弯折辐射臂上，使得带宽进一步增大，耦合形式的辐射臂，耦合距离影响天线的辐射特性；耦合辐射臂与传统的长度为M辐射臂相比，更有利于调整天线的阻抗匹配，提高天线的带宽，而且能量耦合缩短了电长度，有利于天线的小型化。
一种如上所述应用于卫星导航终端的宽带小型化天线的工作方法，能量由耦合辐射臂通过耦合缝隙耦合到弯折辐射臂上，采用电桥实现圆极化相位差，更有利于调整天线的阻抗匹配，使得带宽进一步增大，能量耦合减小电长度使辐射臂的长度缩短，实现天线的小型化。
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (5)

1.一种应用于卫星导航终端的宽带小型化天线，其特征在于：包括底部介质板，所述底部介质板的四周边缘部上方设置有四块结构相同并围合成正方形的侧介质板；所述侧介质板的其中一个上顶角具有斜向下延伸的被耦合的直线辐射臂，侧介质板的另一个上顶角具有沿水平向中间延伸后再斜向下延伸的被耦合的拐形辐射臂，相邻两侧介质板之间同一上顶角处的拐形辐射臂和直线辐射臂连为一体形成被耦合的弯折辐射臂；所述侧介质板上还设置有位于直线辐射臂斜下侧并与直线辐射臂平行的耦合辐射臂，所述耦合辐射臂和直线辐射臂之间留有耦合缝隙；能量由耦合辐射臂通过耦合缝隙耦合到弯折辐射臂上，采用电桥实现圆极化相位差，使得带宽进一步增大，能量耦合减小电长度使辐射臂的长度缩短。
2.根据权利要求1所述的应用于卫星导航终端的宽带小型化天线，其特征在于：所述拐形辐射臂的拐角为锐角，拐形辐射臂下端延伸至侧介质板的侧边沿；所述直线辐射臂与其上端顶角所对应的对角线相平行。
3.根据权利要求1或2所述的应用于卫星导航终端的宽带小型化天线，其特征在于：所述耦合辐射臂下端具有形成Y形结构并延伸至侧介质板下边沿的两个支脚，所述底部介质板每侧边沿均设置有对应侧侧介质板上耦合辐射臂的两个支脚衔接的输入端口。
4.根据权利要求1所述的应用于卫星导航终端的宽带小型化天线，其特征在于：所述底部介质板采用介电常数为4.4，正切损耗为0.02的FR4介质板，所述侧介质板采用介电常数为3.3，正切损耗为0.002的rogers4533介质板。
5.根据权利要求1或2所述的应用于卫星导航终端的宽带小型化天线，其特征在于：所述弯折辐射臂和弯折辐射臂的线宽均为1mm，弯折辐射臂的线长为35.5mm，耦合辐射臂的线长为14.8mm，耦合缝隙的宽度为0.2mm。
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