CN213936533U - 低仰角高增益2.4GHz右旋圆极化天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种低仰角高增益2.4GHz右旋圆极化天线，它由PCB板和焊接在PCB板上的螺旋式圆柱形天线单元构成。螺旋式圆柱形天线单元由四条螺旋臂A1、A2、A3、A4向上、左旋且逆时针的相位依次递增90°旋向形成；每条螺旋臂展开长度为λ/4，其中：λ为辐射中心频率2.492GHz的一个波长。所述螺旋式圆柱形的天线单元的螺旋直径φ12‑14mm，螺旋臂轴线高度25‑28mm。所述螺旋臂A1、A2、A3、A4是通过在0.5～0.8mm厚塑胶管3上粘贴一层印刷有铜箔的薄型介质材料层腐蚀而成的。本实用新型的优点：具有高增益、低仰角的右旋圆极化特性；并解决了北斗天线在低仰角通讯差的缺点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种2.4GHz低仰角高增益右旋圆极化天线，属于天线制造技术领域。
背景技术
由于圆极化天线具有良好的抗干扰特性，故在BD卫星通信、车载卫星通信、RFID(射频识别技术)、WLAN(无线网络)等领域被广泛应用。随着无线电通信设备的不断发展及更新换代，需要圆极化天线提供更加精准的导航及定位服务已成为必然趋势。特别是，在多数通信设备使用的2.4GHz频段，要求其具有较高的增益、较好的右旋圆极化特性和在低仰角(10°)时具有更高的增益(-0.6dBi)，以满足低纬度地区天线具有较高的信号接收灵敏度。
然而，目前现有的圆极化天线，其天线阵子大多数为陶瓷材质，因陶瓷介质损耗大，导致天线在低仰角(10°)时天线增益较低(-4dBi～-3dBi)，信号接收灵敏度低，信号接收效果不好，且天线制造产品成本高。
发明内容
鉴于上述原因，本实用新型的目的在于提供一种低仰角高增益的2.4GHz右旋圆极化天线。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种低仰角高增益2.4GHz右旋圆极化天线，它由PCB板和焊接在PCB板上的螺旋式圆柱形天线单元构成；
所述螺旋式圆柱形天线单元由四条左旋的螺旋臂A1、A2、A3、A4构成，所述四条螺旋臂A1、A2、A3、A4即为四个天线辐射阵子，共同组成一组螺旋式辐射单元；
所述四条螺旋臂A1、A2、A3、A4彼此之间相位相差90°、等间距地焊接在所述PCB板上，四条螺旋臂A1、A2、A3、A4向上、左旋且逆时针的相位依次递增90°旋向形成所述螺旋式圆柱形天线单元；
所述每条螺旋臂展开长度为λ/4，其中：λ为辐射中心频率2.492GHz的一个波长。
在本实用新型的较佳实施例中，所述螺旋式圆柱形的天线单元的螺旋直径D＝φ12-14mm，螺旋臂轴线高度H＝25-28mm。
在本实用新型的较佳实施例中，所述螺旋臂A1、A2、A3、A4展开长度L＝27-32mm，线宽W＝2～3mm。
在本实用新型的较佳实施例中，所述螺旋臂A1、A2、A3、A4是通过在0.5～0.8mm厚的塑胶管上粘贴一层印刷有铜箔的薄型介质材料层腐蚀而成的。
在本实用新型的较佳实施例中，所述薄型介质材料层的厚度为0.1～0.15mm，所述薄型介质为PI介质材料。
在本实用新型的较佳实施例中，所述PCB板为FR-4双面覆铜基材板，在PCB板上焊接有移相器；
所述螺旋臂A1、A2、A3、A4通过所述PCB板上的铜箔走线与所述移相器相连，实现所述螺旋臂A1、A2、A3、A4彼此之间相位相差90°；
所述PCB板的地线层与SMA射频接头的外导体相连，所述螺旋臂A1、A2、A3、A4与所述PCB板的信号层相连，所述PCB板的信号层与SMA芯线相连。
本实用新型的优点：具有高增益、低仰角的右旋圆极化特性；并解决了北斗天线在低仰角通讯差的缺点。
附图说明
图1为本实用新型低仰角高增益2.4GHz右旋圆极化天线结构示意图；
图2为构成本实用新型的PCB板结构示意图；
图3为构成本实用新型的螺旋臂平面展开结构示意图；
图4为图1俯视图；
图5为构成本实用新型的PCB板板图；
图6为本实用新型的电压驻波比图；
图7为本实用新型Phi＝0度时2D辐射方向图；
图8为本实用新型Phi＝90度时2D辐射方向图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型的结构及特征进行详细说明。需要说明的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改，因此，说明书中公开的实施例不应该视为对本实用新型的限制，而仅是作为实施例的范例，其目的是使本实用新型的特征显而易见。
图1为本实用新型低仰角高增益2.4GHz右旋圆极化天线结构示意图。如图1、图2所示，本实用新型低仰角高增益2.4GHz右旋圆极化天线由PCB板1和焊接在PCB板上的螺旋式圆柱形天线单元2构成。
所述螺旋式圆柱形天线单元2由四条左旋的螺旋臂A1、A2、A3、A4构成，四条螺旋臂A1、A2、A3、A4即为四个天线辐射阵子，共同组成一组螺旋式辐射单元，构成2.4GHz频段的天线单元。
四条螺旋臂A1、A2、A3、A4彼此之间相位相差90°、等间距地依次焊接在PCB板1，四条螺旋臂A1、A2、A3、A4向上、左旋且逆时针的相位依次递增90°旋向形成螺旋直径为D、螺旋臂轴线高度为H的螺旋式圆柱形天线单元。
在本实用新型的较佳实施例中，所述螺旋式圆柱形的天线单元的螺旋直径D＝φ12-14mm，螺旋臂轴线高度H＝25-28mm。
如图3所示，每条螺旋臂展开长度L＝λ/4，其中λ为辐射中心频率的波长。在本实用新型具体实施例中，所述辐射中心频率为2.492GHz，构成2.4GHz频段天线单元的天线辐射阵子即螺旋臂A1、A2、A3、A4展开长度L＝27-32mm，线宽W＝2～3mm。
如图3、图4所示，构成本实用新型的天线阵子即螺旋臂A1、A2、A3、A4是通过在0.5～0.8mm厚的塑胶管3上粘贴一层印刷有铜箔的薄型(0.1～0.15mm)PI介质材料层4腐蚀而成的。
如图4、图5所示，构成本实用新型的PCB板1为FR-4双面覆铜基材板，在PCB板上焊接有移相器5，螺旋臂A1、A2、A3、A4通过PCB板上的焊点B1、B2、B3、B4、铜箔走线与移相器5相连，实现螺旋臂A1、A2、A3、A4彼此之间相位相差90°。
天线辐射阵子即螺旋臂A1、A2、A3、A4还与PCB板的信号层相连，PCB板的信号层在C点与SMA芯线相连；PCB板的地线层与SMA射频接头6的外导体(参见图1)相连，
本实用新型通过调节螺旋臂的长度L、螺旋直径D、螺旋臂轴线高度H调节天线的辐射中心频率，并使其在需要的频点处有较宽的辐射频带，如图6所示，本实用新型辐射频带(2.48～2.5GHz)内VSWR小于1.2。
本实用新型的优点在于：
1、由于构成本实用新型的天线阵子即螺旋臂是通过在0.5～0.8mm厚的塑胶管上粘贴一层印刷有铜箔的薄型(0.1～0.15mm)介质材料腐蚀形成的，并通过等幅值且四条螺旋臂依次相差90°的相位差馈电，实现2.4GHz频段的右旋圆极化特性，故，本实用新型具有良好的轴比，大幅度提升了天线的辐射性能，且实现了低成本、环保等特性。
2、本实用新型通过在PCB板上焊接一组螺旋式圆柱形辐射单元，并通过调节螺旋臂的长度L、螺旋直径D、螺旋臂轴线高度H，实现2.4GHz频段信号的收发功能，提升天线的增益，使天线具有高增益、低仰角的特性。
3、本实用新型通过PCB板上的移相位馈电网络馈电，实现右旋圆极化特性。
4、由于本实用新型采用了等幅值90°相位差馈电技术，在2.4GHz频段具有较好的心形圆极化辐射方向特性，在低仰角位置上保持有圆极化特性和较高的增益，如图7、图8所示，本实用新型的最大增益为4.45dBi，在10°仰角时增益可达-0.6dBi。
以上所述是本实用新型的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本实用新型保护范围之内。
Claims (6)
1.一种低仰角高增益2.4GHz右旋圆极化天线，其特征在于：它由PCB板和焊接在PCB板上的螺旋式圆柱形天线单元构成；
所述螺旋式圆柱形天线单元由四条左旋的螺旋臂A1、A2、A3、A4构成，所述四条螺旋臂A1、A2、A3、A4即为四个天线辐射阵子，共同组成一组螺旋式辐射单元；
所述四条螺旋臂A1、A2、A3、A4彼此之间相位相差90°、等间距地焊接在所述PCB板上，四条螺旋臂A1、A2、A3、A4向上、左旋且逆时针的相位依次递增90°旋向形成所述螺旋式圆柱形天线单元；
所述每条螺旋臂展开长度为λ/4，其中：λ为辐射中心频率2.492GHz的一个波长。
2.根据权利要求1所述的一种低仰角高增益2.4GHz右旋圆极化天线，其特征在于：所述螺旋式圆柱形的天线单元的螺旋直径D＝φ12-14mm，螺旋臂轴线高度H＝25-28mm。
3.根据权利要求2所述的一种低仰角高增益2.4GHz右旋圆极化天线，其特征在于：所述螺旋臂A1、A2、A3、A4展开长度L＝27-32mm，线宽W＝2～3mm。
4.根据权利要求3所述的一种低仰角高增益2.4GHz右旋圆极化天线，其特征在于：所述螺旋臂A1、A2、A3、A4是通过在0.5～0.8mm厚的塑胶管上粘贴一层印刷有铜箔的薄型介质材料层腐蚀而成的。
5.根据权利要求4所述的一种低仰角高增益2.4GHz右旋圆极化天线，其特征在于：所述薄型介质材料层的厚度为0.1～0.15mm，所述薄型介质为PI介质材料。
6.根据权利要求5所述的一种低仰角高增益2.4GHz右旋圆极化天线，其特征在于：所述PCB板为FR-4双面覆铜基材板，在PCB板上焊接有移相器；
所述螺旋臂A1、A2、A3、A4通过所述PCB板上的铜箔走线与所述移相器相连，实现所述螺旋臂A1、A2、A3、A4彼此之间相位相差90°；
所述PCB板的地线层与SMA射频接头的外导体相连，所述螺旋臂A1、A2、A3、A4与所述PCB板的信号层相连，所述PCB板的信号层与SMA芯线相连。
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2020
- 2020-12-29 CN CN202023244065.0U patent/CN213936533U/zh active Active
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