CN209418763U - 一种小型化全频四臂螺旋天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种小型化全频四臂螺旋天线，包括安装于PCB板上的介质圆柱，以及均匀套设于介质圆柱上的四组螺旋天线，任一一组螺旋天线均包括天线主臂和天线寄生臂，天线主臂包括依次连接的第一臂段、第二臂段和第三臂段，通过天线主臂的1/2波长与天线寄生臂的1/4波长的组合设计，可同时优化四臂螺旋天线高频段和低频段增益，实现全频覆盖；天线主臂和天线寄生臂采用不同的宽度，增加设计变量，并可通过调节两臂的相对宽度及间距优化天线性能；天线主臂与天线寄生臂之间通过条形连接臂连接，最终形成四个弯折连接臂，有效减小天线尺寸，整个四臂螺旋天线结构灵活。

Description

一种小型化全频四臂螺旋天线

技术领域

本实用新型涉及卫星通信设备技术领域，特别涉及一种小型化全频四臂螺旋天线。

背景技术

四臂螺旋天线是一种结构紧凑、重量轻及受接地板影响小的天线，非常适合应用于对尺寸及重量有较高要求的载体上，如四臂螺旋天线在无人机上的应用，实现无人机的导航、定位及测向等功能。随着无人机应用的发展，对定位精度的要求越来越高，并且随着无人机应用场景的拓展，无人机的使用环境也越来越复杂，例如城市复杂的电磁环境，会对四臂螺旋天线的性能产生严重的干扰，因此要求四臂螺旋天线需具备更强的卫星信号接收能力和多导航系统覆盖能力，以提高复杂电磁环境下无人机的实时导航定位精度。

四臂螺旋天线的性能与天线尺寸息息相关，其主要性能指标为增益和带宽。一般情况下，四臂螺旋天线尺寸越大性能越好，天线高度越高增益越高，天线直径越大带宽越宽。现有技术中的四臂螺旋天线无法兼具小尺寸和高性能兼的优点，天线尺寸过大会影响其安装，减小天线尺寸，天线性能则会下降，进一步还会影响无人机在复杂环境下的定位，严重时会导致撞机等事故发生。

实用新型内容

本实用新型提出一种小型化全频四臂螺旋天线，旨在缩小天线尺寸，拓展天线带宽。

为实现上述目的，本实用新型提出的小型化全频四臂螺旋天线，包括PCB板，以及固定于所述PCB板上的介质圆柱，还包括均匀套设于所述介质圆柱上的四组螺旋天线，任意一组所述螺旋天线均包括天线主臂和天线寄生臂；所述天线主臂包括依次连接的第一臂段、第二臂段和第三臂段，所述第一臂段水平设于所述介质圆柱顶端，且所述第一臂段端部与一圆形连接臂连接，所述第二臂段设于所述介质圆柱端部侧面，且所述第二臂段沿所述介质圆柱圆周方向设置，所述第三臂段与所述天线寄生臂均平行环绕于所述介质圆柱侧面，且所述第三臂段与所述天线寄生臂之间通过一条形连接臂连接，所述条形连接臂沿所述介质圆柱圆周方向设置；所述第三臂段与所述PCB板的信号线连接，所述天线寄生臂接地。

优选地，所述圆形连接臂、天线主臂、天线寄生臂以及条形连接臂均为金属臂。

优选地，所述天线主臂的总长度为所述螺旋天线高频段谐振中心频率对应波长的1/2，其中，所述第三臂段通过一馈电枝节与所述PCB板的信号线连接。

优选地，所述天线寄生臂的总长度为所述螺旋天线谐振低频段中心频率对应波长的1/4，所述天线寄生臂通过一短路枝节接地。

优选地，所述天线主臂宽度小于所述天线寄生臂宽度。

优选地，所述第三臂段与所述天线寄生臂绕所述介质圆柱螺旋方向设置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：通过天线主臂的1/2波长与天线寄生臂的1/4波长的组合设计，同时优化四臂螺旋天线高频段和低频段增益，实现全频覆盖；天线主臂和天线寄生臂采用不同的宽度，增加设计变量，并可通过调节两臂的相对宽度及间距优化天线性能；天线主臂与天线寄生臂之间通过条形连接臂连接，最终形成四个弯折连接臂，减小天线尺寸。整个四臂螺旋天线结构调整方便，可根据安装需求灵活调节天线尺寸，更适用于四臂螺旋天线的小型化应用要求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型小型化全频四臂螺旋天线立体结构示意图；

图2为为本实用新型全频四臂螺旋天线增益效果图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

本实用新型提出一种小型化全频四臂螺旋天线，包括PCB板1，以及固定于所述PCB板1上的介质圆柱(图中未示出)，还包括均匀套设于所述介质圆柱上的四组螺旋天线，任意一组所述螺旋天线均包括天线主臂2和天线寄生臂3；所述天线主臂2包括依次连接的第一臂段21、第二臂段22和第三臂段23，所述第一臂段21水平设于所述介质圆柱顶端，且所述第一臂段21端部与一圆形连接臂4连接，所述第二臂段22设于所述介质圆柱端部侧面，且所述第二臂段22沿所述介质圆柱圆周方向设置，所述第三臂段23与所述天线寄生臂3均平行环绕于所述所述介质圆柱侧面，且所述第三臂段23与所述天线寄生臂3之间通过一条形连接臂5连接，所述条形连接臂5沿所述介质圆柱圆周方向设置；所述第三臂段23与所述PCB板1的信号线连接，所述天线寄生臂3接地。

本实用新型采用四组形状相同的螺旋天线，相邻两组螺旋天线间距相等，并沿同一方向环绕于介质圆柱外侧，天线主臂2采用两段弯折设计，天线主臂2与天线寄生臂3之间通过条形连接臂5连接，最终形成四个弯折连接臂，降低螺旋天线环绕直径和高度，在达到相同信号收发效果的前提下，可使天线高度降低15mm。

四条天线主臂2的第一连接臂均与圆形连接臂4连接，可通过调整圆形连接臂4的面积来调整第一臂段21的长度，并可同步改变第二臂段22和第三臂段23沿介质圆柱环绕的距离，进而改变螺旋天线圆周和径向尺寸，扩大四臂螺旋天线的应用范围，更适用于四臂螺旋天线的小型化应用要求。

进一步地，所述圆形连接臂4、天线主臂2、天线寄生臂3以及条形连接臂5均为金属臂，因此上述组件均可采用焊锡的方式连接，导通电流流经路线。

具体地，所述天线主臂2的总长度为所述螺旋天线高频段谐振中心频率对应波长的1/2，用于覆盖高频段信号，其中，所述第三臂段23通过一馈电枝节6与所述PCB板1的信号线连接，用于整个天线馈电，收发信号。所述天线寄生臂3的总长度为所述螺旋天线低频段谐振中心频率对应波长的1/4，用于覆盖低频段信号，其中，所述天线寄生臂3通过一短路枝节7接地，与底板短路接触，调节天线阻抗。天线主臂2的1/2波长设计结合天线寄生臂3的1/4波长设计，可同时优化四臂螺旋天线高频段和低频段增益，拓展四臂螺旋天线带宽，如图2所示，为本实用新型全频四臂螺旋天线增益效果图。

通信或导航天线通常要求多频带工作，本实用新型在实现减小天线尺寸的情况下依然可以覆盖GPS L1/L2/L5、BD B1/B2/B3、GLONASS G1/G2、GALILEO E1/E2/E5a/E5b等频点。

所述天线主臂2宽度与所述天线寄生臂3宽度不等，增加设计变量，可通过调节每组天线主臂2和天线寄生臂3的相对宽度和间距优化天线性能。天线主臂2用于馈电，带宽广；天线寄生臂3接地，带宽窄，本实用新型天线寄生臂3宽度大于天线主臂2宽度，可有效展宽天线带宽。在实际安装时，通过调节每组天线主臂2和天线寄生臂3之间间距，以调节天线主臂2耦合到天线寄生臂3的能量，优化二者的性能达到最佳。

进一步地，所述第三臂段23与所述天线寄生臂3绕所述介质圆柱螺旋方向设置，以接收圆极化电磁波。天线主臂2采用两段弯折的方式，在相同长度的情况下，第三臂段23螺旋环绕，可使整个螺旋天线结构更紧凑，进一步缩小天径向尺寸。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种小型化全频四臂螺旋天线，包括PCB板，以及固定于所述PCB板上的介质圆柱，其特征在于，还包括均匀套设于所述介质圆柱上的四组螺旋天线，任意一组所述螺旋天线均包括天线主臂和天线寄生臂；所述天线主臂包括依次连接的第一臂段、第二臂段和第三臂段，所述第一臂段水平设于所述介质圆柱顶端，且所述第一臂段端部与一圆形连接臂连接，所述第二臂段设于所述介质圆柱端部侧面，且所述第二臂段沿所述介质圆柱圆周方向设置，所述第三臂段与所述天线寄生臂均平行环绕于所述介质圆柱侧面，且所述第三臂段与所述天线寄生臂之间通过一条形连接臂连接，所述条形连接臂沿所述介质圆柱圆周方向设置；所述第三臂段与所述PCB板的信号线连接，所述天线寄生臂接地。

2.如权利要求1所述的小型化全频四臂螺旋天线，其特征在于，所述圆形连接臂、天线主臂、天线寄生臂以及条形连接臂均为金属臂。

3.如权利要求1所述的小型化全频四臂螺旋天线，其特征在于，所述天线主臂的总长度为所述螺旋天线高频段谐振中心频率对应波长的1/2，其中，所述第三臂段通过一馈电枝节与所述PCB板的信号线连接。

4.如权利要求1所述的小型化全频四臂螺旋天线，其特征在于，所述天线寄生臂的总长度为所述螺旋天线低频段谐振中心频率对应波长的1/4，所述天线寄生臂通过一短路枝节接地。

5.如权利要求1所述的小型化全频四臂螺旋天线，其特征在于，所述天线主臂宽度小于所述天线寄生臂宽度。

6.如权利要求1所述的小型化全频四臂螺旋天线，其特征在于，所述第三臂段与所述天线寄生臂绕所述介质圆柱螺旋方向设置。