CN209434387U - 可实现锥形方向辐射的四臂螺旋天线和地面终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种可实现锥形方向辐射的四臂螺旋天线和地面终端，涉及天线通信的技术领域，可实现锥形方向辐射的四臂螺旋天线，所述四臂螺旋天线应用于地面终端，用于地面终端与卫星之间的通信，四臂螺旋天线包括：四条螺旋臂、PCB板；所述四条螺旋臂与所述PCB板相连；所述PCB板中包括电桥；四条螺旋臂中的直径/波长的比值在0.25到0.46之间。本实用新型解决了高纬度地区天线和卫星之间的通信盲区的问题。

Description

可实现锥形方向辐射的四臂螺旋天线和地面终端

技术领域

本实用新型涉及天线通信技术领域，尤其是涉及一种可实现锥形方向辐射的四臂螺旋天线和地面终端。

背景技术

天通卫星和地面终端之间常常使用左旋圆极化天线实现空口通信，市场上的圆极化天线一般采用以下几种形式：四臂螺旋加电桥、微带贴片加电桥、十字交叉加电桥等形式。市场上现有的天通卫星天线都是顶点为最大辐射方向。由于天通卫星的数量比较少，每个天通卫星的辐射面积有限，对于辐射面积内，能够进行通信顺畅。

然而，以中国为例，中国的国土面积辽阔，纬度跨越比较大，因此在高纬度地区天线和卫星之间存在一定的角度可造成通信盲区，致使通信不畅。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供可实现锥形方向辐射的四臂螺旋天线和地面终端，以缓解高纬度地区天线和卫星之间的通信盲区的问题。

本实用新型提供的一种可实现锥形方向辐射的四臂螺旋天线，所述四臂螺旋天线应用于地面终端，用于地面终端与卫星之间的通信，所述四臂螺旋天线包括：四条螺旋臂、PCB板；所述四条螺旋臂与所述PCB板相连；所述PCB板中包括电桥；

所述四条螺旋臂中的直径/波长的比值在0.25到0.46之间。

进一步的，所述四条螺旋臂中的每个螺旋臂的一端均焊接在所述PCB板上，所述PCB板包括扩展板，以使所述PCB板上连接至少两种类型的天线臂。

进一步的，所述PCB板由三组3dB相位差90度电桥组合而成。

进一步的，所述PCB板由四相位电桥组合而成，各端口相位差分别为0度、90度、180度和270度。

进一步的，所述PCB板还包括：功分网络。

进一步的，所述四臂螺旋天线还包括：外壳，所述外壳设置在所述四臂螺旋天线外侧，用于保护所述四臂螺旋天线中的零件。

进一步的，所述四臂螺旋天线还包括：SMA接头。

本实用新型还提供的一种地面终端，包括：地面终端本体和至少一个根据上述实施例任一项所述的可实现锥形方向辐射的四臂螺旋天线。

本实用新型提供的，可以应用于地面终端，用于地面终端与卫星之间的通信，四臂螺旋天线包括：四条螺旋臂、PCB板、电桥，四条螺旋臂与PCB板相连，PCB板与电桥相连，四条螺旋臂中的直径/波长的比值在0.25到0.46之间，使得四臂螺旋天线的工作模式可以为以轴向模工作，实现最大辐射方向在垂直面30度到45度之间，缓解了高纬度地区天线和卫星之间的通信盲区的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的四臂螺旋天线的适用场景的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的四臂螺旋天线的从上到下斜视角度结构图；

图3为本实用新型实施例提供的四臂螺旋天线的从下到上斜视角度结构图；

图4为本实用新型实施例提供的四臂螺旋天线的3D方向示意图。

图标：100-卫星；200-地面终端；11-螺旋臂；12-PCB板；13-SMA接头。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

天通卫星和地面终端之间常常使用左旋圆极化天线实现空口通信，市场上的圆极化天线一般采用以下几种形式：四臂螺旋加电桥、微带贴片加电桥、十字交叉加电桥等形式。市场上现有的天通卫星天线都是顶点为最大辐射方向。由于天通卫星的数量比较少，每个天通卫星的辐射面积有限，对于辐射面积内，能够进行通信顺畅。

然而，以中国为例，中国的国土面积辽阔，纬度跨越比较大，因此在高纬度地区天线和卫星之间存在一定的角度可造成通信盲区，致使通信不畅。

基于此，本实用新型实施例提供的一种可实现锥形方向辐射的四臂螺旋天线和卫星，可以应用于地面终端，用于地面终端与卫星之间的通信，四臂螺旋天线包括：四条螺旋臂、PCB板，四条螺旋臂与PCB板相连，PCB板中包括电桥，四条螺旋臂中的直径/波长的比值在0.25到0.46之间，使得四臂螺旋天线的工作模式可以为以轴向模工作，实现最大辐射方向在垂直面30度到45度之间，缓解了高纬度地区天线和卫星之间的通信盲区的问题。

为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种可实现锥形方向辐射的四臂螺旋天线进行详细介绍，

本实用新型实施例提供了一种可实现锥形方向辐射的四臂螺旋天线，由于四臂螺旋天线拥有全向360度的接收能力，所以，所述四臂螺旋天线常常应用于地面终端，用于地面终端与卫星之间的通信，其中，地面终端可以为手机、计算机等等，卫星可以为天通卫星，该四臂螺旋天线具体用于地面终端与天通卫星之间的通信。具体可以理解为：结合图1所示，所述地面终端200可以采用四臂螺旋天线发射射频信号给卫星100，以向卫星100传递信息，所述地面终端200可以采用四臂螺旋天线接收由所述卫星100发出的射频信号，以将卫星100的信息传递给所述地面终端200。

通过上述对本实用新型应用场景的介绍，以下介绍本实用新型具体的实质内容，结合图2所示，四臂螺旋天线包括：四条螺旋臂11、PCB板12；所述四条螺旋臂11与所述PCB板12相连；所述PCB板12中包括电桥。其中，四条螺旋臂11中的每条螺旋臂11均为金属导体。

由于天线辐射特性很容易受到天线结构的影响比较大，螺旋直径波长比决定了辐射方式，当四条螺旋臂11的直径与波长比小于0.25时，辐射模式为法向模，当四条螺旋臂11的直径与波长比大于0.46时，辐射模式为圆锥模，当四条螺旋臂11中的直径/波长的比值在0.25到0.46之间时，辐射模式为轴向模。

其中，法向模的意思是天线垂直的角度最大辐射。圆锥模的意思为分裂成倒锥型辐射。轴向模为天线轴向方向为最大辐射。

本实用新型的实现方式可以是，将四条螺旋臂11中的直径/波长的比值在0.25到0.46之间的一个数时，改变四条螺旋臂的倾斜角度使得天线在30度到45度之间，这样就可以使得高纬度地区天线和卫星之间的通信盲区能够正常通信。

可选的，所述四条螺旋臂中的每个螺旋臂的一端均焊接在所述PCB板上，所述PCB板包括扩展板，以使所述PCB板上连接至少两种类型的天线臂。例如，可以用于GPS通信使用。可选的，将所述四条螺旋臂的倾斜角的范围为30度到45度。

其中，所述PCB板中的电桥可以有两种方式，第一种为由三组3dB相位差90度电桥组合而成。

第二种是，PCB板由四相位电桥组合而成，各端口相位差分别为0度、90度、180度和270度。

四臂螺旋天线中除了电桥外，可以有其他组合代替电桥，例如：功分网络，这时其四臂螺旋天线包括：四条螺旋臂11、PCB板12和功分网络，所述四条螺旋臂与所述PCB板相连；所述PCB板与所述功分网络相连，其功分网络与3dB电桥的基本功能和作用是相同的。

可选的，所述四臂螺旋天线还包括：外壳，所述外壳设置在所述四臂螺旋天线外侧，用于保护所述四臂螺旋天线中的零件，其中外壳的形状可以为圆柱形。其中，四臂螺旋天线中的零件可以包括：四条螺旋臂11、PCB板12、电桥，或者四臂螺旋天线中的零件可以包括：四条螺旋臂11、PCB板12和功分网络。这两种四臂螺旋天线的具体情况可以参照上述描述。

可选的，结合图3所示，所述四臂螺旋天线还包括：SMA接头13，所述SMA接头13通过馈线连接到PCB板上。其中，SMA接头13可以连接接收器匹配使用。通过SMA接头实现外接接收器的目的。另外，当PCB板可以兼容接收器和发射机时，所述PCB板的一侧还可以安装有波导接口，波导接口能够与发射机匹配使用。可以通过波导接口实现外接发射机的目的。

依照上述介绍的四臂螺旋天线，还进行如下参考实验，以实验证明上述四臂螺旋天线能够实现最大辐射方向为30度到45度之间，相比较传统的顶点为最大辐射方向的天线在高纬度地区具有更好的通信性能。具体参考以下图表。

表1中介绍了2.2GHZ增益的每个频点的各个角度数据，表1的第一行表示辐射区域(即球形)上的频点与水平方向的夹角，第一列表示辐射区域(即球形)上的频点与垂直方向的夹角，示出了与水平夹角在0度到60度，与垂直方向上的0度到310度，具体来说，在(0度，0度)时的增益为0.33dBi，在(0度，10度)时的增益为0.37dBi，依次类推，组成了表1。

表1：2.2GHZ增益(dBi)OTA数据

表2示出了每个频点的最大增益的数据，表2的第一列表示Frequency，即，发射频率，单位为MHz，第二列表示Efficiency，即，天线在接收一定能量下能够转换的发射效率，单位dB，第三列同样表示Efficiency，即，天线在接收一定能量下能够转换的发射效率，单位％，第四排表示Gain，即，增益，单位为dBi，第五列表示Axial Ratio，即，轴比，单位为dB。

表2

再者，本实用新型还通过实际测试得到了3D方向图，结合图4所示，可以从方向图中可以看出，其中，3D方向图以三维空间来展示的，图4介绍了在zy平面上的场的情况，可以看出0到360度均具有场的情况。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种地面终端，包括：地面终端本体和至少一个根据上述实施例任一项所述的可实现锥形方向辐射的四臂螺旋天线。

例如，本实用新型所提到的地面终端，即，在现有的地面终端的基础上，安装有本实用新型上述实施例任一项所述的可实现锥形方向辐射的四臂螺旋天线，以此形成新的地面终端，使用此地面终端可以与卫星进行轴向模的工作方式接受/发射射频信号。

另外，根据本实用新型实施例的卫星本体的其它构成以及作用对于本领域的普通技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种可实现锥形方向辐射的四臂螺旋天线，其特征在于，包括：所述四臂螺旋天线应用于地面终端，用于地面终端与卫星之间的通信，所述四臂螺旋天线包括：四条螺旋臂、PCB板；所述四条螺旋臂与所述PCB板相连；所述PCB板中包括电桥；

所述四条螺旋臂中的直径/波长的比值在0.25到0.46之间。

2.根据权利要求1所述的四臂螺旋天线，其特征在于，所述四条螺旋臂中的每个螺旋臂的一端均焊接在所述PCB板上，所述PCB板包括扩展板，以使所述PCB板上连接至少两种类型的天线臂。

3.根据权利要求1所述的四臂螺旋天线，其特征在于，所述PCB板由三组3dB相位差90度电桥组合而成。

4.根据权利要求1所述的四臂螺旋天线，其特征在于，述PCB板由四相位电桥组合而成，各端口相位差分别为0度、90度、180度和270度。

5.根据权利要求1所述的四臂螺旋天线，其特征在于，所述PCB板还包括：功分网络。

6.根据权利要求1所述的四臂螺旋天线，其特征在于，所述四臂螺旋天线还包括：外壳，所述外壳设置在所述四臂螺旋天线外侧，用于保护所述四臂螺旋天线中的零件。

7.根据权利要求1所述的四臂螺旋天线，其特征在于，所述四臂螺旋天线还包括：SMA接头。

8.一种地面终端，其特征在于，包括：地面终端本体和至少一个根据权利要求1-7任一项所述的可实现锥形方向辐射的四臂螺旋天线。