CN113314836B - 一种全向圆极化法向模螺旋天线 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种全向圆极化法向模螺旋天线，涉及螺旋天线技术领域，包括至少三个旋向相同彼此之间不相接的导电螺旋线。其中的一个导电螺旋线设计为被激励的馈电螺旋线，而其余的螺旋线为未馈电螺旋线。再利用馈电螺旋线与未馈电螺旋线之间产生耦合，进而获得高于传统圆极化法向模单螺旋结构的辐射电阻，能够提高天线匹配后的阻抗带宽。而且这一结构设计也使得天线可以保持圆极化辐射特性。

Description

一种全向圆极化法向模螺旋天线
技术领域
本申请涉及螺旋天线技术领域，尤其涉及一种全向圆极化法向模螺旋天线。
背景技术
螺旋天线(helical antenna)是一种具有螺旋形状的天线，组成上由导电性能良好的金属螺旋线组成，结构上包括三维立体结构和平面化结构。
轴向模和法向模是螺旋天线常用的两种辐射方式。其中轴向模式的螺旋天线由于体积大在很多应用场景受到限制，更多的解决方式是采用法向模式的螺旋天线替代使用。但是，传统圆极化法向模螺旋天线存在因辐射电阻低与常用的50欧姆同轴线难以直接匹配，以及匹配后的阻抗带宽极窄的问题，这就限制了圆极化法向模螺旋天线的广泛使用。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的是提供一种全向圆极化法向模螺旋天线，解决传统圆极化法向模螺旋天线存在因辐射电阻低，与常用的50欧姆同轴线难以直接匹配，以及匹配后的阻抗带宽极窄的问题。
为达到上述技术目的，本申请提供了一种全向圆极化法向模螺旋天线，包括至少三个导电螺旋线；
各个所述导电螺旋线的旋向相同，且各个所述导电螺旋线彼此之间不相接；
至少三个所述导电螺旋线中的一个所述导电螺旋线为馈电螺旋线，其余的所述导电螺旋线为未馈电螺旋线；其中，所述未馈电螺旋线可与所述馈电螺旋线耦合产生电流。
进一步地，所述馈电螺旋线的馈电方式为差分馈电。
进一步地，各个所述导电螺旋线的螺旋结构为圆形螺旋结构以及多边形螺旋结构中的一种。
进一步地，各个所述导电螺旋线的结构部分相同或完全相同。
进一步地，各个所述导电螺旋线的横截面为圆形、多边形以及不规则异形中的一种。
进一步地，各个所述导电螺旋线的螺旋轴线之间全部重合，或部分重合和部分平行，或全部平行。
从以上技术方案可以看出，本申请公开的全向圆极化法向模螺旋天线，包括至少三个旋向相同彼此之间不相接的导电螺旋线。其中的一个导电螺旋线设计为被激励的馈电螺旋线，而其余的螺旋线为未馈电螺旋线。再利用未馈电螺旋线与馈电螺旋线之间产生耦合，进而获得高于传统圆极化法向模单螺旋结构的辐射电阻，能够提高天线匹配后的阻抗带宽。而且这一结构设计也使得天线可以保持圆极化辐射特性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请中提供的一种全向圆极化法向模螺旋天线的轴侧示意图；
图2为本申请中提供的一种全向圆极化法向模螺旋天线的主视图；
图3为本申请中提供的一种全向圆极化法向模螺旋天线的俯视图；
图4为本申请中提供的一种全向圆极化法向模螺旋天线的仿真归一化方向图；
图5为本申请中提供的一种全向圆极化法向模螺旋天线的仿真归一化轴比图；
图中：1、馈电螺旋线；2、未馈电螺旋线。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请实施例保护的范围。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可更换连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
发明人发现在以往的研究中法向模螺旋线辐射电阻低的缺点并未得到太大的改观。例如应用于移动电话频段的总长为λ/4的法向模螺旋天线，辐射电阻很低，仅比λ/4长的单极子天线高几个欧姆，同样传统的总长为λ/2法向模螺旋天线辐射电阻也仅仅只有几个欧姆。虽然近来的研究中有提出在半波长电流反向点处通过螺旋旋向的反转，使电流在水平分量产生的辐射叠加，来增大辐射电阻；或将法向模螺旋线组成阵列来提高辐射电阻。但这些方式都大大增加了天线的尺寸以及成本，还往往会带来额外的损耗而降低天线效率，导致能量利用率降低，因而限制了圆极化法向模螺旋天线的广泛使用。因此，为了能够在解决传统法向模螺旋线辐射电阻低的问题基础上，同时控制尺寸成本，提高能量利用率，本申请提出了如下方案：
请参阅图1，本申请实施例中提供的一种全向圆极化法向模螺旋天线的一个实施例包括：
包括至少三个导电螺旋线。其中，各个导电螺旋线的旋向相同，且各个导电螺旋线彼此之间不相接。各个导电螺旋线不相接即为各个导电螺旋线不相互接触，彼此之间具有一定的间距，例如在轴向方向和/或径向方向具有一定间距，该间距大小可以根据实际需要进行设计，不做限制。再者，至少三个导电螺旋线中的一个导电螺旋线为馈电螺旋线1，其余的导电螺旋线为未馈电螺旋线2；其中，未馈电螺旋线2可与馈电螺旋线1耦合产生电流。通过馈电螺旋线1与未馈电螺旋线2之间的相互耦合作用使未馈电螺旋线2上产生与馈电螺旋线1上同方向的电流，进而大大的提高了辐射阻抗。而且，这一结构设计不会过多增加天线尺寸，较好的控制天线的尺寸及生产成本，同时不会产生额外的损耗而降低天线效率，能量利用率高。
本申请所设计的天线工作时，如图4所示，在包含螺旋轴线的平面上有近似‘8’字形方向图，这也就验证了本申请所设计的天线的辐射模式仍是法向模辐射。同时，在垂直于螺旋轴线的平面上是近似圆形的方向图，这样就证明了本申请设计的天线的辐射为全向辐射。再者，从图5中的轴比小于3dB可以验证，本申请这一天线结构设计是符合辐射圆极化认证标准的。
从以上技术方案可以看出，本申请公开的耦合结构的全向圆极化螺旋天线，包括至少两个旋向相同彼此之间不相接的导电螺旋线。其中的一个导电螺旋线设计为被激励的馈电螺旋线1，而其余的螺旋线为未馈电螺旋线2。再利用未馈电螺旋线2与馈电螺旋线1之间产生耦合，进而获得高于传统圆极化法向模单螺旋结构的辐射电阻，能够提高天线匹配后的阻抗带宽。而且这一结构设计也使得天线可以保持圆极化辐射特性。
以上为本申请实施例提供的一种全向圆极化法向模螺旋天线的实施例一，以下为本申请实施例提供的一种全向圆极化法向模螺旋天线的实施例二，具体请参阅图1至图3。
基于上述实施例一的方案：
进一步地，馈电螺旋线1的馈电方式为差分馈电。也即是采用差分馈电方式给导电螺旋线进行馈电，其馈电点位于馈电螺旋线1的中间位置，进而使得激励起来的电流也是对称的。采用这种馈电方式，也使得整体结构相对简单，容易实现。
进一步地，各个导电螺旋线的螺旋结构为圆形螺旋结构以及多边形螺旋结构中的一种，当然还可以是其它螺旋结构，不做限制。
进一步地，各个导电螺旋线的结构部分相同或完全相同。需要说明地是，本实施例所指的导电螺旋线的结构包括但不限于导电螺旋线的形状、尺寸。各个导电螺旋线的结构可以是全部相同或稍有不同。以稍有不同为例，例如螺旋结构相同而螺旋线的横截面不同；或螺旋结构相同而圆周直径不同等，具体不做限制。
进一步地，各个导电螺旋线的横截面可以为圆形、多边形以及不规则异形中的一种，具体不做限制。
进一步地，各个导电螺旋线的螺旋轴线之间全部重合，或部分重合和部分平行，或全部平行。其中后两种情况可以不共面，具体不做限制。
本申请设计的天线结构，如图1至图3所示，以三个导电螺旋线设计为例，为了使得整体结构更加简单，三个导电螺旋线具体可以是圆周直径均相同d的螺旋线，且三个导电螺旋线的螺旋轴线在z轴所在平面内，同时在轴向方向彼此之间间距均为h的设置。本领域技术人员可以以此为基础做适当的变换设计，不做限制。
总的来说，本申请设计天线结构与传统的法向模螺旋天线相比，天线辐射电阻、增益更高，阻抗带宽更宽。
以上对本申请所提供的一种全向圆极化法向模螺旋天线进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本申请实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (4)

1.一种全向圆极化法向模螺旋天线，其特征在于，包括至少三个导电螺旋线；
各个所述导电螺旋线的旋向相同，且各个所述导电螺旋线彼此之间不相接；各个所述导电螺旋线的螺旋轴线之间全部重合，或部分重合和部分平行，或全部平行；
至少三个所述导电螺旋线中的一个所述导电螺旋线为馈电螺旋线，其余的所述导电螺旋线为未馈电螺旋线；其中，所述未馈电螺旋线可与所述馈电螺旋线耦合产生电流；所述馈电螺旋线的馈电方式为差分馈电，且馈电点位于所述馈电螺旋线的中间位置。
2.根据权利要求1所述的一种全向圆极化法向模螺旋天线，其特征在于，各个所述导电螺旋线的螺旋结构为圆形螺旋结构以及多边形螺旋结构中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种全向圆极化法向模螺旋天线，其特征在于，各个所述导电螺旋线的结构部分相同或完全相同。
4.根据权利要求1所述的一种全向圆极化法向模螺旋天线，其特征在于，各个所述导电螺旋线的横截面为圆形、多边形以及不规则异形中的一种。
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