CN205680778U - 一种同轴馈电螺旋圆极化全向天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种同轴馈电螺旋圆极化全向天线，其由四个平面螺旋加载臂1、馈电圆盘2、圆形底盘3、同轴接插件4和多个短路柱5组成，四个平面螺旋加载臂1均匀设置于馈电圆盘2的边沿且与馈电圆盘2处于同一平面；馈电圆盘2通过多个短路柱5与圆形底盘3相连接；馈电圆盘2的圆心与圆形底盘3的圆心共法线；馈电圆盘2的直径小于圆形底盘3的直径；同轴接插件4的内导体与馈电圆盘2相连接，外导体与圆形底盘3相连接。本天线阻抗带宽大于55％，小于3dB的轴比带宽大于51％，带宽内不圆度小于1dB；且天线结构简单、紧凑，轴比带宽宽，轮廓低，损耗小。

Description

一种同轴馈电螺旋圆极化全向天线

技术领域

本实用新型涉及测控通信及微波通信领域中全向天线，该天线设计的技术主要包括：全向圆极化天线技术、低轮廓全向技术。

背景技术

目前无线通信技术快速发展，全向天线作为一种特殊的天线形式广泛的应用在微波通信中，常见形式为垂直极化全向天线。由于圆极化电磁波具有抗多径效应，可接收任意极化的电磁波，最近些年越来越受到重视，而宽带圆极化全向天线也是研究的重点，其技术难点在于实现天线的低轮廓和宽频带。

全向圆极化天线主要有以下几种天线形式，但各有优缺点：

1、四半波阵子形式：该天线结构由四个倾斜45°的半波振子组成的四面体天线，采用带有巴伦的同轴电缆对每个半波振子进行馈电，并利用合路器对四个半波阵子的功率进行合成；此天线的特点：天线不圆度小于0.8dB，圆极化轴比小于3dB的带宽为18％；但此天线由于采用同轴电缆的焊接馈电方式，为提供焊接、和走线空间天线的尺寸不能过小，所以适用于C及以下频段，此形式并不适用高频全向圆极化天线。

2、周围过孔微带贴片天线，该天线形式具有轮廓低、可集成有源器件、，带宽适中的特点，其圆极化轴比带宽为6％，该天线较适用于安装在要求共形设计的载体上，占用载体空间较小；但该天线单元的带宽有限，无法满足宽带系统使用。

3、基于涡扇铜片和过孔的全向圆极化天线，该天线采用了6片涡扇铜片和过孔形成了全向辐射的电磁结构，其基板为高介电常数板材，天线的工作带宽大于35％；但该天线的涡扇铜片结构需要机械定位安装，与介质板不能一体加工，相对于采用PCB工艺的天线结构，加工精度受到一定的限制。

发明内容

本实用新型的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种同轴馈电螺旋圆极化全向天线，本实用新型的特点是，轮廓低，轴比带宽宽，加工精度高，结构紧凑。

本实用新型是这样实现的：一种同轴馈电螺旋圆极化全向天线，包括四个平面螺旋加载臂1、馈电圆盘2、圆形底盘3、同轴接插件4和多个短路柱5，四个平面螺旋加载臂1均匀设置于馈电圆盘2的边沿且与馈电圆盘2处于同一平面；馈电圆盘2通过多个短路柱5与圆形底盘3相连接；圆形底盘3设置在馈电圆盘2的下方且馈电圆盘2的圆心与圆形底盘3的圆心共法线；馈电圆盘2的直径小于圆形底盘3的直径；同轴接插件4的内导体与馈电圆盘2相连接，外导体与圆形底盘3相连接。

进一步地，平面螺旋加载臂1由内指数渐变曲线和外指数渐变曲线围合而成，其服从以下极坐标方程式：

内指数渐变曲线ρ₁满足以下的方程：ρ₁＝(D/2)e^-aφ；

外指数渐变曲线ρ₂满足以下的方程：

式中，φ为旋转角度，D＝0.75λ₀，λ₀为中心频率对应的波长，t＝0.75mm，α为第一曲率系数，δ_a为第二曲率系数。

进一步地，0.3<α<0.5。

进一步地，馈电圆盘2与四个平面螺旋加载臂1为一体结构。

进一步地，馈电圆盘2和圆形底盘3的材质均为铝。

进一步地，馈电圆盘2的直径为0.35λ₀，厚度为1mm；圆形底盘3的直径为0.45λ₀，厚度为1mm；馈电圆盘2和圆形底盘3的间距为0.05λ₀；其中，λ₀为中心频率对应的波长。

进一步地，馈电圆盘2和圆形底盘3之间设置有12个短路柱5，12个短路柱5围绕着圆形底盘3的圆心均匀排列一周，围绕半径为0.42λ₀；其中，λ₀为中心频率对应的波长。

本实用新型与背景技术比较有如下优点：

1、本实用新型设置了一种同轴馈电螺旋圆极化全向天线，其由平面螺旋加载臂1、馈电圆盘2、圆形底盘3、同轴接插件4、短路柱5组成，天线阻抗带宽大于55％，小于3dB的轴比带宽大于51％，带宽内不圆度小于1dB。

2、本实用新型整个天线结构简单、紧凑，轴比带宽宽，轮廓低，损耗小。

附图说明

图1是本实用新型三维结构示意图。

图2是本实用新型的俯视示意图。

图3是本实用新型的侧视示意图。

具体实施方式

参照图1、图2、图3，一种同轴馈电螺旋圆极化全向天线，由四个平面螺旋加载臂1、馈电圆盘2、圆形底盘3、同轴接插件4和多个短路柱5组成。

馈电圆盘2与四个平面螺旋加载臂1为一体结构且处于同一平面，位于天线最上层。四个平面螺旋加载臂1以馈电圆盘2的中心为旋转中心围绕在其四周，四个平面螺旋加载臂的角度间隔为90°，用于收发天线的辐射信号。每个平面螺旋加载臂均由内指数渐变曲线和外指数渐变曲线围绕而成，其服从以下极坐标方程式：

内指数渐变曲线ρ₁满足以下的方程：ρ₁＝(D/2)e^-aφ；

外指数渐变曲线ρ₂满足以下的方程：

式中，φ为旋转角度，D取0.75λ₀(λ₀为中心频率对应的波长)，t＝0.75mm，α为第一曲率系数，δ_a为第二曲率系数，0.3<α<0.5。

馈电圆盘2的直径通常为0.35λ₀，其厚度为1mm的铝板，与四个平面螺旋加载臂1为整体结构，借助数控机床加工工艺加工而成。

圆形底盘3位于天线体的最底层，其直径为0.45λ₀，铝板厚度同样为1mm。馈电圆盘2和圆形底盘3为同心上下放置，其间距为0.05λ₀。

馈电圆盘2和圆形底盘3之间设置有12个短路柱5，其绕着圆形底盘3的圆心排成一周，角度间隔为30°，围绕半径为0.42λ₀，其作用是在上下导体之间形成辐射缝隙腔，并在远区形成“苹果”形状的全向辐射方向图。短路柱的作用是实现天线全向辐射和两盘的机械支撑固定。

同轴接插件4的内导体与馈电圆盘2连接，外导体与圆形底盘3连接；在天线金属盘内外表面形成旋转电流，在两圆盘之间激起旋转电磁场。

研究发现：按着上述天线结构尺寸配置，天线轴比小于2dB的带宽为51％，小于2的驻波带宽大于55％，全向方向图的不圆度在1dB以内，其中影响天线电气性能带宽性能在于加载平面螺旋臂的优化设置。

本实用新型工作基本原理如下：当发射信号时，发射机连接同轴接插件发射信号，在馈电圆盘和圆形底盘中间激励其电磁场，经过平面螺旋加载臂的扰动在其平面上形成旋转的电流，并从馈电圆盘和圆形底盘之间的缝隙辐射到自由空间，形成全向的圆极化方向图。

Claims (7)

1.一种同轴馈电螺旋圆极化全向天线，其特征在于：包括四个平面螺旋加载臂(1)、馈电圆盘(2)、圆形底盘(3)、同轴接插件(4)和多个短路柱(5)，四个平面螺旋加载臂(1)均匀设置于馈电圆盘(2)的边沿且与馈电圆盘(2)处于同一平面；馈电圆盘(2)通过多个短路柱(5)与圆形底盘(3)相连接；圆形底盘(3)设置在馈电圆盘(2)的下方且馈电圆盘(2)的圆心与圆形底盘(3)的圆心共法线；馈电圆盘(2)的直径小于圆形底盘(3)的直径；同轴接插件(4)的内导体与馈电圆盘(2)相连接，外导体与圆形底盘(3)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种同轴馈电螺旋圆极化全向天线，其特征在于：平面螺旋加载臂(1)由内指数渐变曲线和外指数渐变曲线围合而成，其服从以下极坐标方程式：

内指数渐变曲线ρ₁满足以下的方程：ρ₁＝(D/2)e^-aφ；

外指数渐变曲线ρ₂满足以下的方程：

式中，Φ为旋转角度，D＝0.75λ₀，λ₀为中心频率对应的波长，t＝0.75mm，α为第一曲率系数，δ_a为第二曲率系数。

3.根据权利要求2所述的一种同轴馈电螺旋圆极化全向天线，其特征在于：0.3<α<0.5。

4.根据权利要求2所述的一种同轴馈电螺旋圆极化全向天线，其特征在于：馈电圆盘(2)与四个平面螺旋加载臂(1)为一体结构。

5.根据权利要求1所述的一种同轴馈电螺旋圆极化全向天线，其特征在于：馈电圆盘(2)和圆形底盘(3)的材质均为铝。

6.根据权利要求5所述的一种同轴馈电螺旋圆极化全向天线，其特征在于：馈电圆盘(2)的直径为0.35λ₀，厚度为1mm；圆形底盘(3)的直径为0.45λ₀，厚度为1mm；馈电圆盘(2)和圆形底盘(3)的间距为0.05λ₀；其中，λ₀为中心频率对应的波长。

7.根据权利要求6所述的一种同轴馈电螺旋圆极化全向天线，其特征在于：馈电圆盘(2)和圆形底盘(3)之间设置有12个短路柱(5)，12个短路柱(5)围绕着圆形底盘(3)的圆心均匀排列一周，围绕半径为0.42λ₀；其中，λ₀为中心频率对应的波长。