CN207217759U - 四臂螺旋天线 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种四臂螺旋天线，包括：锥形支撑介质、馈电网络和四组天线复合元件，其中，每组天线复合元件均包含：至少一个短路螺旋臂和至少一个开路螺旋臂，每组天线复合元件中的短路螺旋臂和开路螺旋臂均按照同一缠绕方向、依次绕置在所述锥形支撑介质的外壁；在所述锥形支撑介质的轴向方向上，每组天线复合元件中的短路螺旋臂的投影长度大于开路螺旋臂的投影长度；四组天线复合元件均分别与馈电网络的馈电点耦合馈电，且四组天线复合元件中的短路螺旋臂之间短路连接。本申请实施例提供的该天线，在总占用空间有限的情况下，可以有效的提高天线的增益以及增益带宽。

Description

四臂螺旋天线

技术领域

本公开涉及天线技术领域，尤其涉及一种四臂螺旋天线。

背景技术

在无线电通信技术中，天线已经被广泛应用于GPS(Global Positioning System，全球定位系统)接收和低轨卫星通信领域，包括星载系统和地面站使用，以及个人移动通信领域等，但是根据不同的使用领域，通常使用不同的频率。一般来讲，对于卫星通信技术领域，其通信工作频点多而且要求圆极化，因此广泛使用谐振式四臂螺旋天线。

四臂螺旋天线是一种具有圆极化和宽波束特征的天线，并且具有结构紧凑、环境适应性强等优点，它广泛应用于卫星通信和全球定位系统等无线电技术领域。然而四臂螺旋天线作为一种谐振天线，带宽较窄不能满足多系统多频段的要求。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本申请要解决的技术问题是解决现有的四臂螺旋天线带宽较窄的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种四臂螺旋天线，包括：锥形支撑介质、馈电网络和四组天线复合元件，其中，

每组天线复合元件均包含：至少一个短路螺旋臂和至少一个开路螺旋臂，每组天线复合元件中的短路螺旋臂和开路螺旋臂均按照同一缠绕方向、依次绕置在所述锥形支撑介质的外壁；

在所述锥形支撑介质的轴向方向上，每组天线复合元件中的短路螺旋臂的投影长度大于开路螺旋臂的投影长度；

四组天线复合元件均分别与馈电网络的馈电点耦合馈电，且四组天线复合元件中的短路螺旋臂之间短路连接。

可选地，所述锥形支撑介质一端的横截面的面积小于另一端的横截面的面积，且两端之间平滑过渡。

可选地，所述锥形支撑介质的结构包括：锥体、圆台或者一端设置有直径相匹配柱体的圆台。

可选地，所述锥形支撑介质的结构包括：锥筒、锥形管或者一端设置有直径相匹配圆筒的锥形管。

可选地，任意一个或多个所述开路螺旋臂的游离端采用蛇形走线形式；

和/或；

任意一个或多个所述短路螺旋臂采用蛇形走线形式。

可选地，还包括：短路金属连接件；

所述短路金属连接件设置在所述锥形支撑介质任意一端的端部；

四组天线复合元件中的所述短路螺旋臂之间通过所述短路金属连接件短路连接。

可选地，所述馈电网络位于所述锥形支撑介质任意一端的端部。

可选地，任意一组或多组天线复合元件通过直接连接和/或欧姆连接的方式与馈电网络的馈电点耦合馈电。

可选地，任意一组或多组天线复合元件中的短路螺旋臂和开路螺旋臂之间通过导电连接件连接，所述馈电点位于所述导电连接件上。

可选地，任意一组或多组天线复合元件中的短路螺旋臂与馈电点电连接，开路螺旋臂接地；

和/或，

任意一组或多组天线复合元件中的开路螺旋臂与馈电点连接，短路螺旋臂接地。

(三)有益效果

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请实施例提供的该四臂螺旋天线，由于支撑介质为锥形，所以缠绕在锥形支撑介质外壁上的短路螺旋臂和开路螺旋臂，在螺旋的同时呈锥形扩大或缩小，也即对于短路螺旋臂和开路螺旋臂而言，其对应的垂直锥形支撑介质轴线的横截面面积逐渐扩大或缩小，由于谐振式四臂螺旋天线的增益以及增益带宽与天线的直径大小直接相关，并且天线的直径越大，相应地天线的增益及增益带宽也越高，所以本申请实施例提供的该天线，在总占用空间有限的情况下，可以有效的提高天线的增益以及增益带宽。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

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，对于本领域普通技术人员而言，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他的附图。

图1为本申请实施例提供的四臂螺旋天线的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的锥形支撑介质的一种结构示意图；

图3为本申请实施例提供的锥形支撑介质的另一种结构示意图；

图4为本申请实施例提供的锥形支撑介质的又一种结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种蛇形走线形式；

图6为本申请实施例提供的另一种蛇形走线形式；

图7为本申请实施例提供的又一种蛇形走线形式。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1为本申请实施例提供的四臂螺旋天线的结构示意图。

如图1所示，该四臂螺旋天线包括：锥形支撑介质1、馈电网络(图中未示出)和四组天线复合元件。图中5为天线接头。

锥形支撑介质1的材料为绝缘材料，锥形支撑介质1可以为实心填充的结构，也可以内部中空的空腔结构，当锥形支撑介质1为空腔结构时，锥形支撑介质可以为FPC(Flexible Printed Circuit，柔性电路板)卷制而成。

每组天线复合元件均包含：至少一个短路螺旋臂2和至少一个开路螺旋臂3，在图1所示实施例中，一组天线复合元件中包含有一个短路螺旋臂2和一个开路螺旋臂3，在其它实施例中，一组天线复合元件中可以包括：两个短路螺旋臂2和一个开路螺旋臂3，或者，一个短路螺旋臂2和两个开路螺旋臂3，本申请对此不做限定。

短路螺旋臂2和开路螺旋臂3均为金属片或金属条。每组天线复合元件中的短路螺旋臂2和开路螺旋臂3均按照同一缠绕方向绕置在所述锥形支撑介质1的外壁。短路螺旋臂2和开路螺旋臂3可以贴附在锥形支撑介质1外壁的表面上，也可以嵌置在锥形支撑介质1的外壁内，此外，当锥形支撑介质1为内部中空的空腔结构，短路螺旋臂2和开路螺旋臂3还可以贴附在空腔结构内壁的表面上。当锥形支撑介质1为FPC卷制而成时，短路螺旋臂2和开路螺旋臂3可以为FPC上的印刷电路。

在本申请实施例中，锥形支撑介质一端的横截面的面积小于另一端的横截面的面积，且两端之间平滑过渡。也即只要满足外形为大致锥形，锥形支撑介质的具体形状，本申请不做限制。例如：当采用实心填充结构时，锥形支撑介质的结构包括：锥体、圆台(如图2所示)或者一端设置有直径相匹配柱体的圆台(如图3所示)，或者，还可以为两个相连接的圆台(如图4所示)，此外，其它由锥体、锥台和圆台中任意两个或两个以上组成结构，均属于本申请的保护范围。当采用空腔结构时，锥形支撑介质的结构包括：锥筒、锥形管或者一端设置有直径相匹配圆筒的锥形管，或者，两个相连接的锥形管，此外，其它由锥筒、锥形管和圆筒中任意两个或两个以上组成结构，均属于本申请的保护范围。

在锥形支撑介质1上缠绕时，短路螺旋臂2和开路螺旋臂3之间设置有间隙，并且二者之间依次间隔设置，即沿锥形支撑介质1的外壁旋转方向上，短路螺旋臂2两侧分别为开路螺旋臂3，开路螺旋臂3两侧分别为短路螺旋臂2。

另外，在所述锥形支撑介质的轴向方向上，每组天线复合元件中的短路螺旋臂2的投影长度大于开路螺旋臂3的投影长度。从图1中可以看到，短路螺旋臂2连接锥形支撑介质的两个端面，而开路螺旋臂3仅一端与锥形支撑介质的一个端面连接，另一端游离设置在锥形支撑介质的外壁上。此外，开路螺旋臂3可以与锥形支撑介质的任意一个端面连接。

在本申请实施例中，每组天线复合元件中的短路螺旋臂与开路螺旋臂的宽度可以相同，也可以设置为不同宽度，对此不申请不进行限制。另外，每组天线复合元件中的短路螺旋臂和开路螺旋臂的螺旋上升角(也即螺旋绕置在锥形支撑介质上的角度)可以相同，也可以设置为不同角度，对此不申请不进行限制。

为了减小该天线的整体高度，也即锥形支撑介质两个端面之间的距离，在本申请实施例中，可以将任意一个或多个开路螺旋臂的游离端采用蛇形走线形式设置，并且任意两个开路螺旋臂可以采用相同或不同的蛇形走线形式，蛇形走线形式的具体形式不限，如图5-图7所示，分别为三种不同的蛇形走线形式的示意图。同理，任意一个或多个短路螺旋臂也可以采用蛇形走线形式，并且任意两个短路螺旋臂采用的蛇形走线形式可以相同也可以不同，对此本申请不进行限制。

在本申请实施例中，四组天线复合元件均分别与馈电网络的馈电点耦合馈电。另外，馈电网络中与四组天线复合元件对应的馈电电流等幅连续90°相位差。在本申请实施例中，馈电网络可以位于锥形支撑介质的任意一端，如：馈电网络可以设置在锥形支撑介质上横截面的面积较小的一端，也可以设置在锥形支撑介质上横截面的面积较大的一端。

天线复合元件在与馈电网络的馈电点之间进行连接时，可以通过简单的焊接等方式直接连接，还可以通过欧姆连接(也即采用电感电容元器件进行连接)的方式进行连接。在本申请一个实施例中，当短路螺旋臂与开路螺旋臂之间采用导电连接件连接时，每组天线复合元件与馈电网络之间的馈电点位于该导电连接件上，并且馈电点的位置可以靠近短路螺旋臂，也可以靠近开路螺旋臂，或者，位于短路螺旋臂和开路螺旋臂之间的中间区域。在本申请另一实施例中，短路螺旋臂和开路螺旋臂之间还可以不通过导电连接件连接，此时，每组天线复合元件中的短路螺旋臂与馈电点电连接，并且开路螺旋臂接地；或者，每组天线复合元件中的开路螺旋臂与馈电点电连接，并且短路螺旋臂接地。无论天线复合元件与馈电网络的哪种连接方式，均可以使得天线实现双频的功能。

另外，四组天线复合元件中的短路螺旋臂之间短路连接。四组天线复合元件中的短路螺旋臂可以为一体成型，也可以通过连接件相连接。当采用连接件连接时，如图1所示，该天线还可以包括：短路金属连接件4。

短路金属连接件4设置在锥形支撑介质的任意一端的端部，如图1所示，短路金属连接件4设置在锥形支撑介质上横截面的面积较小的一端。在具体应用中，短路金属连接件4可以为金属环、金属片、十字交叉金属片和/或金属网中的一种或多种组合。并且任意一组天线复合元件中的短路螺旋臂均与短路金属连接件4相连接，这样四个短路螺旋臂之间实现了短路连接。

此外，在本申请实施例中，每个短路螺旋臂的长度为二分之一波长的整数倍，每个开路螺旋臂的长度等于四分之一波长的奇数倍，注意，这里螺旋臂的长度是指螺旋臂沿锥形支撑介质外壁的延伸长度，而非螺旋臂在锥形支撑介质轴线上的投影。另外，在有支撑介质加载情况时，波长为等效波长还需要考虑支撑介质的材料的影响。

本申请实施例提供的该四臂螺旋天线，由于支撑介质为锥形，所以缠绕在锥形支撑介质外壁上的短路螺旋臂和开路螺旋臂，在螺旋的同时呈锥形扩大或缩小，也即对于短路螺旋臂和开路螺旋臂而言，其对应的垂直锥形支撑介质轴线的横截面面积逐渐扩大或缩小，由于谐振式四臂螺旋天线的增益以及增益带宽与天线的直径大小直接相关，并且天线的直径越大，相应地天线的增益及增益带宽也越高(可以参见《舰船电子工程》2010年第2期第181页，《舰载海事卫星通信印刷四臂螺旋天线设计》第2节中的描述)，所以本申请实施例提供的该天线，在总占用空间有限的情况下，可以有效的提高天线的增益以及增益带宽。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种四臂螺旋天线，其特征在于，包括：锥形支撑介质、馈电网络和四组天线复合元件，其中，

每组天线复合元件均包含：至少一个短路螺旋臂和至少一个开路螺旋臂，每组天线复合元件中的短路螺旋臂和开路螺旋臂均按照同一缠绕方向、依次绕置在所述锥形支撑介质的外壁；

在所述锥形支撑介质的轴向方向上，每组天线复合元件中的短路螺旋臂的投影长度大于开路螺旋臂的投影长度；

四组天线复合元件均分别与馈电网络的馈电点耦合馈电，且四组天线复合元件中的短路螺旋臂之间短路连接。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述锥形支撑介质一端的横截面的面积小于另一端的横截面的面积，且两端之间平滑过渡。

3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述锥形支撑介质的结构包括：锥体、圆台或者一端设置有直径相匹配柱体的圆台。

4.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述锥形支撑介质的结构包括：锥筒、锥形管或者一端设置有直径相匹配圆筒的锥形管。

5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，任意一个或多个所述开路螺旋臂的游离端采用蛇形走线形式；

和/或；

任意一个或多个所述短路螺旋臂采用蛇形走线形式。

6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，还包括：短路金属连接件；

所述短路金属连接件设置在所述锥形支撑介质任意一端的端部；

四组天线复合元件中的所述短路螺旋臂之间通过所述短路金属连接件短路连接。

7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述馈电网络位于所述锥形支撑介质任意一端的端部。

8.根据权利要求7所述的天线，其特征在于，任意一组或多组天线复合元件通过直接连接和/或欧姆连接的方式，与馈电网络的馈电点耦合馈电。

9.根据权利要求8所述的天线，其特征在于，

任意一组或多组天线复合元件中的短路螺旋臂和开路螺旋臂之间通过导电连接件连接，所述馈电点位于所述导电连接件上。

10.根据权利要求8所述的天线，其特征在于，

任意一组或多组天线复合元件中的短路螺旋臂与馈电点电连接，开路螺旋臂接地；

和/或，

任意一组或多组天线复合元件中的开路螺旋臂与馈电点连接，短路螺旋臂接地。