CN206789691U - 一种小型化圆柱形四臂螺旋北斗天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种小型化圆柱形四臂螺旋北斗天线，包括介质体和旋转设置在介质体上的天线臂，所述介质体为圆柱形，所述天线臂包括等距设置在介质体上的第一天线臂、第二天线臂、第三天线臂和第四天线臂，所述第一天线臂、第二天线臂、第三天线臂和第四天线臂底部分别连接馈电点，并分别包括从馈电点向上倾斜延伸的上段、设置于介质体顶部的中段和向下延伸并呈内卷式折弯设置的下段。该天线体积小、成本低，天线臂的绕线方式使得电流路径短，天线效益高，在一定的频带范围内有较好的相位和幅度特性，具有良好的圆极化性能，也能扩宽天线的工作带宽。
Description
技术领域
本实用新型涉及四臂螺旋天线，特别涉及一种小型化圆柱形四臂螺旋北斗天线。
背景技术
全球卫星导航系统（GNSS）是重要的空间基础设施，被广泛地应用在政治活动、经济、军事领域以及日常生活等多个方面，全球卫星导航系统提供全球范围内的导航，高精度定位于授时等服务，其在各个领域发挥着不可替代的作用
由于卫星导航系统具有巨大作用，世界主要大国和利益集团都独自建立或提出联合建立卫星导航系统，目前已建成运行和正在发展中的卫星导航系统有美国的GPS（globalposition system）,俄罗斯的GLONASS(global navigation satellite system),欧盟的Galilieo以及我国的BD系统等。
天线作为卫星导航系统的重要组成部分，其性能好坏对导航系统的整体性能有较大的影响。目前在卫星导航领域广泛运用的天线有两种，微带天线与四臂螺旋天线，而在电性能上，四臂螺旋天线拥有心形方向图、良好的前后化、优良的广角圆极化特性，非常适合应用在卫星通讯导航领域。与现代其他天线的发展方向一样，四臂螺旋天线发展亦是朝着小型化、多频带和宽频带应用发展。
受机载等天线坏境低剖面要求的限制，对四臂螺旋天线的尺寸提出了更高的要求，所以四臂螺旋天线低轮廓，小型化技术的研究一直是学术界研究的重点。
实用新型内容
本实用新型旨在解决上述问题，而提供一种体积小、圆极化性能好的小型化圆柱形四臂螺旋北斗天线。
为解决上述问题，本实用新型提供了一种小型化圆柱形四臂螺旋北斗天线，包括介质体和旋转设置在介质体上的天线臂，所述介质体为圆柱形，所述天线臂包括等距设置在介质体上的第一天线臂、第二天线臂、第三天线臂和第四天线臂，所述第一天线臂、第二天线臂、第三天线臂和第四天线臂底部分别连接馈电点，并分别包括从馈电点向上倾斜延伸的上段、设置于介质体顶部的中段和向下延伸并呈内卷式折弯设置的下段。
该天线体积小、成本低，天线臂的绕线方式使得电流路径短，天线效益高，具有良好的圆极化性能。
优选的，所述第一天线臂、第二天线臂、第三天线臂和第四天线臂的长度分别为B3频点波长的四分之一。通过四条天线臂以90度的相位差的方式馈电，从而合路后输出频率为B3频点。
优选的，所述天线臂底部还通过电容接地。调整天线阻抗，保证天线的Smith圆图的圆度更好，回波损耗值大。
优选的，所述介质体设置于PCB板上，所述PCB板上设有隔离馈电点和接地点的净空区域。防止馈电点和接地点短路。
优选的，所述介质体为中空的圆柱形。体积小、成本低，同时达到减少天线臂之间的影响的作用。
优选的，所述天线臂为镭射印刷的金合金。使天线四路完全一致，提高了天线的一致性盒稳定性，利于天线性能的实现。
优选的，所述介质体为ABS-PC。比传统的四壁螺旋天线体积较小，在减少天线之间相互影响的同时，提高天线的增益，也降低了天线生产工艺和成本。
优选的，所述馈电点通过电桥进行合路并连接SMA底座。
优选的，所述中段的长度根据所需的天线工作频率调整。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：
本实用新型提供一种小型化圆柱形四臂螺旋北斗天线，采用内卷式折弯绕线的方式，电流路径短，结合相移网络的方式馈电，在一定的频带范围内有较好的相位和幅度特性，使得四臂螺旋天线能拥有良好的圆极化特性，也能扩宽天线的工作带宽。采用中空圆柱形的ABS-PC作为介质体，比传统的四壁螺旋天线体积较小，在减少天线之间相互影响的同时，提高天线的增益，也降低了天线生产工艺和成本。在其上镭射印刷金合金，使四路天线臂完全一致，提高了天线的一致性盒稳定性，利于天线性能的实现，圆极化性能良好。
附图说明
图1是本实用新型实施例四臂螺旋北斗天线结构示意图。
图2是本实用新型实施例四臂螺旋北斗天线局部剖面结构示意图。
图3是本实用新型实施例四臂螺旋北斗天线等效电路图。
图4是本实用新型实施例四臂螺旋北斗天线回波损耗图。
图5是本实用新型实施例四臂螺旋北斗天线辐射方向图。
图6是本实用新型实施例四臂螺旋北斗天线Smith圆图。
其中，1为第一天线臂，11为上段，12为中段，13为下段，2为第二天线臂，3为第三天线臂，4为第四天线臂，5为介质体，6为馈电点，7为电容，8为PCB板，9为净空区域。
具体实施方式
下列实施例是对本实用新型的进一步解释和补充，对本实用新型不构成任何限制。
如图1、2所示，一种小型化圆柱形四臂螺旋北斗天线，采用低介电常数且低成本的ABS-PC利用特殊工艺生产出中空的圆柱形介质体，再通过镭射工艺于介质体上印刷金合金天线臂，介质体设置于PCB板上，介质体下方的PCB板设置有四处馈电点，PCB板上的覆铜区为接地点。天线臂于介质体底部连接PCB板的馈电点和接地点。天线臂包括以90度相位差的方式等距排列设置于介质体上的第一天线臂1、第二天线臂2、第三天线臂3和第四天线臂4，第一天线臂1、第二天线臂2、第三天线臂3和第四天线臂4的长度均为B3频点波长的四分之一，第一天线臂1、第二天线臂2、第三天线臂3和第四天线臂4形状相同，以第一天线臂为例，第一天线臂包括上段11、中段12和下段13，上段11的一端于介质体的底部连接馈电点和接地点，然后向上倾斜延伸至介质体顶部于介质体顶部延伸出中段，中段向下延伸并呈内卷式折弯设置形成下段。第二天线臂、第三天线臂和第四天线臂于也以同样的方式绕线并分别连接介质体底部的馈电点，这种绕线方式结构简单，电流路径短，天线效益高。
如图3所示，天线臂底部直接连接馈电点6，同时引出支路通过电容7接地，接地点即为PCB板上的覆铜区，从结构上，馈电点6和电容、接地点之间通过净空区域9隔离，防止短路，通过电容改变天线输出阻抗，使得Smith圆图的圆度更好，回波损耗值大。
介质体底部的四个馈电点呈90度相位差分布设置，并通过电桥形成合路，最后通过SMA底座接头实现与外部的连接。四个馈电点呈90度相位差分布设置使得对应的天线臂在工作时依次产生90度的相位差，从而实现圆极化辐射，再根据天线臂在圆柱形ABS-PC介质体的由下而上的环绕方式，使得天线臂具有右旋圆极化特性。采用的圆柱形ABS-PC的介质体，减小了天线的体积，使天线臂受到的影响减少，通过改变第一天线臂1、第二天线臂2、第三天线臂3和第四天线臂4在顶端的长度来分别改变对应天线的工作频率，使得天线的频率都位于B3频点。在方形四臂螺旋天线工作在B3频点时，第一天线臂1、第二天线臂2、第三天线臂3和第四天线臂4对应的馈电点已于PCB板进行了点焊，在此情况下，天线通过PCB板背部的电桥进行合路，使得第一天线臂1、第二天线臂2、第三天线臂3和第四天线臂4合路后的频率为B3频点，让合路后的输出点通过SMA底座与外部进行连接。
如图4～6所示，天线达到天线匹配阻抗，该天线增益值为-18dB～0.5dB，回波损耗值大，在一定的频带范围内有较好的相位和幅度特性，使得四臂螺旋天线能拥有良好的圆极化特性，也能扩宽天线的工作带宽。采用中空圆柱形的ABS-PC作为介质体，比传统的四壁螺旋天线体积较小，在减少天线之间相互影响的同时，提高天线的增益，也降低了天线生产工艺和成本。在其上镭射印刷金合金，使四路天线臂完全一致，提高了天线的一致性盒稳定性，利于天线性能的实现，圆极化性能良好。
以上为本实用新型的其中具体实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种小型化圆柱形四臂螺旋北斗天线，包括介质体（5）和旋转设置在介质体（5）上的天线臂，其特征在于：所述介质体（5）为圆柱形，所述天线臂包括等距设置在介质体（5）上的第一天线臂（1）、第二天线臂（2）、第三天线臂（3）和第四天线臂（4），所述第一天线臂、第二天线臂、第三天线臂和第四天线臂底部分别连接馈电点（6），并分别包括从馈电点向上倾斜延伸的上段（11）、设置于介质体顶部的中段（12）和向下延伸并呈内卷式折弯设置的下段（13）。
2.根据权利要求1所述的小型化圆柱形四臂螺旋北斗天线，其特征在于：所述第一天线臂、第二天线臂、第三天线臂和第四天线臂的长度分别为B3频点波长的四分之一。
3.根据权利要求1所述的小型化圆柱形四臂螺旋北斗天线，其特征在于：所述天线臂底部还通过电容（7）接地。
4.根据权利要求3所述的小型化圆柱形四臂螺旋北斗天线，其特征在于：所述介质体设置于PCB板（8）上，所述PCB板上设有隔离馈电点和接地点的净空区域（9）。
5.根据权利要求1所述的小型化圆柱形四臂螺旋北斗天线，其特征在于：所述介质体为中空的圆柱形。
6.根据权利要求1所述的小型化圆柱形四臂螺旋北斗天线，其特征在于：所述天线臂为镭射印刷的金合金。
7.根据权利要求1所述的小型化圆柱形四臂螺旋北斗天线，其特征在于：所述介质体为ABS-PC。
8.根据权利要求1所述的小型化圆柱形四臂螺旋北斗天线，其特征在于：所述馈电点通过电桥进行合路并连接SMA底座。
9.根据权利要求1所述的小型化圆柱形四臂螺旋北斗天线，其特征在于：所述中段的长度根据所需的天线工作频率调整。
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|---|---|---|---|---|
| CN109546301A (zh) * | 2018-10-15 | 2019-03-29 | 西安理工大学 | 一种卫星导航接收用小型化双折臂四臂螺旋天线 |
| CN109768388A (zh) * | 2019-02-26 | 2019-05-17 | 广州市中海达测绘仪器有限公司 | Gnss多臂螺旋天线及gnss接收机 |
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