CN113036409A - 一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线 - Google Patents

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王羽晨
宋立伟
宋德俊
王书言
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Abstract

本发明公开了一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线，该天线包括：基板，其正反两面装设有金属环；辐射臂一，装设于正面基板上且位于金属环内；巴伦，其末端与辐射臂一的起始端连接；同轴馈电，连接于巴伦的起始端；辐射臂二，装设于基板的背面且位于金属环内与同轴馈电连接。该天线的平面螺旋天线是平衡对称结构；缩小了天线的剖面尺寸，易于共形；完成了将电流从不平衡转换至平衡，实现了良好的阻抗匹配；降低了天线的驻波比及轴比；易于设计和加工。

Description

一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体来说，涉及一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线。
背景技术
平面螺旋天线同时具备宽频带和圆极化两个重要的特性，广泛用于电子对抗、卫星通信、定向探测等领域，但由于传统巴伦与平面螺旋天线所在平面垂直连接而导致剖面尺寸较大，不易共形，而目前飞行载体所需天线均提出低剖面、易共形等要求，因此如何设计一种新型的馈电方法来得到低剖面的平面螺旋天线具有重要的研究价值。
如专利107369904A公开的一种低剖面高增益超宽带平面螺旋天线，用以克服平面螺旋天线带宽不够宽、增益不够高以及尺寸不够小的问题，该专利中平面螺旋天线的剖面尺寸满足关系式：
Figure BDA0002919080160000011
λ为侧表面上该位置垂直投影至天线辐射器上对应位置处天线辐射器的工作波长。该专利中天线巴伦与辐射器采用垂直连接，造成剖面尺寸较大、不易共形。
除此，目前从已公开的专利来讲，对平面螺旋天线的低剖面研究比较匮乏。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线，能够克服现有技术的上述不足。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线，该天线包括：
基板，其正反两面装设有金属环；
辐射臂一，装设于正面所述基板上且位于所述金属环内；
巴伦，其末端与所述辐射臂一的起始端连接；
同轴馈电，连接于所述巴伦的起始端；
辐射臂二，装设于所述基板的背面且位于所述金属环内与所述同轴馈电连接。
进一步的，所述金属环为双层金属环。
进一步的，所述辐射臂一、辐射臂二为平面螺旋天线辐射臂。
进一步的，所述同轴馈电的芯线与所述巴伦连接；所述同轴馈电的屏蔽层与所述辐射臂二焊接。
进一步的，所述金属环为凸起结构。
进一步的，所述辐射臂一、辐射臂二、巴伦为螺旋结构。
本发明的有益效果：通过该天线，达到了：
(1)平面螺旋天线是平衡对称结构；
(2)提供了一种新型的馈电方式，巧妙地将平面螺旋天线辐射臂分别印制在印刷电路基板的两侧，将正面平面螺旋天线辐射臂与指数渐变式的巴伦进行了集成设计，大大缩小了天线的剖面尺寸，易于共形；
(3)设计指数渐变式的巴伦完成了将电流从不平衡转换至平衡，同时实现了良好的阻抗匹配；
(4)设计的双层金属环加载，有效地降低了天线的驻波比及轴比；
(5)整个天线结构采用PCB印刷电路工艺完成，易于设计和加工。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例所述的一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线的印刷电路基板正面金属覆盖示意图；
图2是根据本发明实施例所述的一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线的印刷电路基板背面金属覆盖示意图；
图3是根据本发明实施例所述的一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线的侧视图；
图4是根据本发明实施例所述的一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线的驻波比仿真图；
图5是根据本发明实施例所述的一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线的轴比仿真图。
图中：1、基板，2、辐射臂一，3、辐射臂二，4、巴伦，5、同轴馈电，501、芯线，502、屏蔽层，6、金属环。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-3所示，根据本发明实施例所述的一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线，包括：
基板1，其正反两面装设有金属环6；
辐射臂一2，装设于正面所述基板1上且位于所述金属环6内；
巴伦4，其末端与所述辐射臂一2的起始端连接，巴伦4与基板1的正面连接；
同轴馈电5，连接于所述巴伦4的起始端；
辐射臂二3，装设于所述基板1的背面且位于所述金属环6内与所述同轴馈电5连接，辐射臂二3与基板1背面连接。
在本发明的一些实施例中，所述金属环6为双层金属环。
在本发明的一些实施例中，所述辐射臂一2、辐射臂二3为平面螺旋天线辐射臂。
在本发明的一些实施例中，所述同轴馈电5的芯线501与所述巴伦4连接；所述同轴馈电5的屏蔽层502与所述辐射臂二3焊接。芯线501从基板1的背面穿过到达基板1的正面，与巴伦4的起始端连接。
在本发明的一些实施例中，所述金属环6为凸起结构。
在本发明的一些实施例中，所述辐射臂一2、辐射臂二3、巴伦4为螺旋结构。
如图4所示，是本发明的驻波比仿真图，从图中可以看出，在2-13GHz频率范围内，驻波比小于2.0，实现了良好的阻抗匹配。
如图5所示，是本发明的轴比仿真图，2-13GHz频率范围内，轴比小于3.5dB，满足圆极化辐射要求。
驻波比结果和轴比结果只是通过仿真，来说明提出的这种低剖面设计方案是可行的，只是一种衡量天线是否成功的目标；驻波比指的是反射波波幅与入射波波幅的比值。当理想情况下阻抗完全匹配时，驻波比的值是1.在实际工程上，必然存在反射，反射越大时驻波比也越大。因此对驻波比这个技术参数，数值也越低越接近1越好，在工程应用中，可接受的驻波比为2.0。
轴比一般适用于圆极化天线，来衡量圆极化的理想程度。
实施例：
一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线，用以解决现有的平面螺旋天线剖面尺寸较大、不易共形的问题；本发明其特征在于包括：印刷电路基板、正面平面螺旋天线辐射臂、背面平面螺旋天线辐射臂、指数渐变式的巴伦4、同轴馈电5、双层金属环；正面平面螺旋天线辐射臂和背面平面螺旋天线辐射臂均采用等角螺旋线结构；所述正面平面螺旋天线辐射臂位于所述印刷电路基板的上层；所述背面平面螺旋天线辐射臂位于所述印刷电路基板的下层；所述双层金属环位于所述印刷电路基板的上、下两层；所述指数渐变式的巴伦4位于所述印刷电路基板的上层；所述指数渐变式的巴伦末端与所述正面等角螺旋天线辐射器的起始端相连；所述同轴馈电5即同轴线缆的内芯穿过所述印刷电路基板与所述印刷电路基板上层的指数渐变式的巴伦起始端相连，所述同轴线缆的屏蔽层502与所述印刷电路基板下层的背面天线辐射器焊接相连。所述正面平面螺旋天线辐射臂位于所述印刷电路基板的上层；所述背面平面螺旋天线辐射臂位于所述印刷电路基板的下层；所述双层金属环位于印刷电路基板的上、下两层，用以实现降低驻波比和轴比；所述指数变化式的巴伦4位于印刷电路基板的上层，末端与所述正面平面螺旋天线辐射臂的起始端相连；同轴馈电5包括芯线501和屏蔽层502，所述芯线501穿过所述印刷电路基板与印刷电路基板上层的指数渐变式的巴伦4起始端焊接相连，所述指数渐变式的巴伦4末端与所述印刷电路基板上层的正面平面螺旋辐射臂的起始端相连；所述同轴馈电5的屏蔽层502与所述印刷电路基板下层的背面平面螺旋辐射臂焊接相连。正面平面螺旋天线辐射臂和背面平面螺旋天线辐射臂均采用等角螺旋线结构。同轴馈电5即使用同轴线缆馈电，所述同轴馈电5包括芯线501和屏蔽层502，所述芯线501穿过所述印刷电路基板与印刷电路基板上层的指数渐变式的巴伦4起始端焊接相连，所述指数渐变式的巴伦4末端与所述印刷电路基板上层的正面平面螺旋辐射臂的起始端相连；所述同轴馈电5的屏蔽层502与所述印刷电路基板下层的背面平面螺旋辐射臂焊接相连。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过该天线，达到了：平面螺旋天线是平衡对称结构，而目前常用的同轴馈电属于非平衡馈电方式，所以需要增加具有非平衡到平衡馈电及阻抗匹配的电路结构，即巴伦，而传统的巴伦采用垂直于印刷电路基板的方式对平面螺旋天线辐射臂进行馈电，从而导致剖面尺寸过大、结构复杂、加工困难；提供了一种新型的馈电方式，巧妙地将平面螺旋天线辐射臂分别印制在印刷电路基板的两侧，将正面平面螺旋天线辐射臂与指数渐变式的巴伦进行了集成设计，大大缩小了天线的剖面尺寸，易于共形；设计的指数渐变式的巴伦完成了将电流从不平衡转换至平衡，同时实现了良好的阻抗匹配；设计的双层金属环加载，有效地降低了天线的驻波比及轴比；整个天线结构采用PCB印刷电路工艺完成，易于设计和加工。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线，其特征在于，包括：
基板(1)，其正反两面装设有金属环(6)；
辐射臂一(2)，装设于正面所述基板(1)上且位于所述金属环(6)内；
巴伦(4)，其末端与所述辐射臂一(2)的起始端连接；
同轴馈电(5)，连接于所述巴伦(4)的起始端；
辐射臂二(3)，装设于所述基板(1)的背面且位于所述金属环(6)内与所述同轴馈电(5)连接。
2.根据权利要求1所述的一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线，其特征在于，所述金属环(6)为双层金属环。
3.根据权利要求1所述的一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线，其特征在于，所述辐射臂一(2)、辐射臂二(3)为平面螺旋天线辐射臂。
4.根据权利要求1所述的一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线，其特征在于，所述同轴馈电(5)的芯线(501)与所述巴伦(4)连接；所述同轴馈电(5)的屏蔽层(502)与所述辐射臂二(3)焊接。
5.根据权利要求1所述的一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线，其特征在于，所述金属环(6)为凸起结构。
6.根据权利要求1所述的一种新型馈电方式的低剖面平面螺旋天线，其特征在于，所述辐射臂一(2)、辐射臂二(3)、巴伦(4)为螺旋结构。
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