CN220527192U - 四臂螺旋天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种四臂螺旋天线，其包括：支撑件、馈电网络层和辐射组件。馈电网络层固定于所述支撑件上。辐射组件包括四个中心对称设置的辐射线和设于所述辐射线顶部辐射层，所述辐射线包括连接部和螺旋部，所述连接部固定于所述馈电网络层上并与所述馈电网络层电连接，所述螺旋部自所述连接部的顶部沿垂直于所述馈电网络层的方向螺旋上升。本实用新型提供的四臂螺旋天线，采用的辐射线呈螺旋状上升，使得天线具有圆极化特性，即在任何方向上都能发射和接收同样强度的信号，从而不受载体晃动或位移影响；由于辐射层的设置，使得天线具有低仰角高增益特性，即在仰角较小时能够提供较高的信号强度，从而不受地面反射或干扰影响。

Description

四臂螺旋天线

技术领域

本实用新型是关于天线技术领域，特别是关于一种四臂螺旋天线。

背景技术

随着现代技术的迅速发展，卫星导航及卫星通信已成为许多行业和领域不可或缺的部分。无论是为车辆提供导航，为船只提供精确的位置信息，还是为遥远地区的人们提供通信服务，卫星技术都在起到重要的作用。

在卫星导航和通信中，天线的角色至关重要。为了确保通信的稳定性和质量，天线需要在一个相对宽的覆盖范围内提供可靠的连接。这意味着无论接收设备或载体如何移动或旋转，天线都必须始终与卫星保持有效的连接。然而，在实际应用中，这种连接往往会因为各种原因而中断。其中一个主要的问题是载体的晃动或位移会导致天线的指向发生变化，从而影响与卫星之间的连接。

此外，还存在一个技术难题，即当天线的仰角较低时，其增益会相对较差。低仰角指的是天线与地平线之间的角度较小，这种情况下，信号可能会受到地面反射或其他干扰的影响，导致通信质量下降。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种四臂螺旋天线，其能够。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案如下：

一种四臂螺旋天线，其包括：

支撑件；馈电网络层，固定于所述支撑件上；辐射组件，包括四个中心对称设置的辐射线和设于所述辐射线顶部辐射层，所述辐射线包括连接部和螺旋部，所述连接部固定于所述馈电网络层上并与所述馈电网络层电连接，所述螺旋部自所述连接部的顶部沿垂直于所述馈电网络层的方向螺旋上升。

在一个或多个实施方式中，所述辐射层固定于所述螺旋部的顶部，并与各个所述螺旋部电连接。

在一个或多个实施方式中，所述螺旋部的匝数为两圈。

在一个或多个实施方式中，所述连接部的底部电连接有馈电探针，所述馈电探针贯穿所述馈电网络层，所述馈电网络层为圆形的FR4电路板。

在一个或多个实施方式中，所述馈电探针上焊接有移相网络层，所述移相网络层为环形的FR4电路板。

在一个或多个实施方式中，所述移相网络层包括三个3dB移相电桥，以使得四个所述辐射线的相位差沿逆时针依次相差90°。

在一个或多个实施方式中，所述支撑件包括底座，所述馈电网络层螺接固定于所述底座上。

在一个或多个实施方式中，所述底座包括主体部，所述主体部上设有安装腔，所述安装腔内设有射频连接器，所述射频连接器固定安装于所述主体部上。

在一个或多个实施方式中，所述支撑件还包括安装座，所述安装座包括一体成型的固定板和安装板，所述固定板与所述主体部的底部固定连接，所述安装板垂直于所述固定板。

在一个或多个实施方式中，所述四臂螺旋天线还包括罩体，所述罩体罩设于所述辐射组件外周并与所述底座固定连接，所述罩体的顶部设有多个通孔。

与现有技术相比，本实用新型提供的四臂螺旋天线，采用的辐射线呈螺旋状上升，使得天线具有圆极化特性，即在任何方向上都能发射和接收同样强度的信号，从而不受载体晃动或位移影响；由于辐射线为四个中心对称设置，使得天线具有全向性特性，即在水平面上能够均匀地覆盖360°范围内的信号，从而不需要对天线指向进行调整；由于辐射层的设置，使得天线具有低仰角高增益特性，即在仰角较小时能够提供较高的信号强度，从而不受地面反射或干扰影响；由于馈电网络层的设计，使得天线具有宽带特性，即能够在一个较宽的频段内保持稳定的性能，从而适应不同的通信需求。

附图说明

图1是本实用新型一实施方式中四臂螺旋天线的立体结构示意图；

图2是图1所示四臂螺旋天线的剖视图；

图3是图2中A处的放大示意图；

图4是图1所示四臂螺旋天线的分解示意图；

图5是本实用新型一实施方式中四臂螺旋天线的方向图；

图6是本实用新型一实施方式中四臂螺旋天线的轴比方向图。

主要附图标记说明：

1-支撑件，11-底座，111-主体部，112-安装腔，12-安装座，121-固定板，122-安装板，2-馈电网络层，3-辐射组件，31-辐射线，311-连接部，312-螺旋部，32-辐射层，4-移相网络层，5-馈电探针，6-射频连接器，7-罩体，71-通孔。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。

为了应对现代卫星通信技术中所面临的挑战，特别是在实际应用背景下，载体的晃动或位移会导致天线指向的微小变化，以及天线在低仰角情况下的增益下降等技术瓶颈，本发明对现有的卫星通信天线技术进行了深入分析。经过不断的探索与实验，发现传统的天线设计很难同时满足宽覆盖范围、低仰角高增益以及稳定的通信质量等需求。

基于上述分析，本发明的产生是为了更好地解决这些问题，从而提供一种更高效、更稳定、更宽频段的卫星通信天线解决方案。本发明核心的实现思路围绕着如何使天线在不同的工作状态和环境中都能保持优异的性能。考虑到螺旋结构的辐射特性、全向性和宽带性，选择了四臂螺旋天线加上辐射层32的设计，使得四臂螺旋天线能够增强辐射效率和改善辐射方向性，具有低仰角高增益的特性。

请参照图1至图4所示，本实用新型一实施方式中的四臂螺旋天线，其包括：支撑件1、馈电网络层2和辐射组件3。馈电网络层2固定于支撑件1上。辐射组件3包括四个中心对称设置的辐射线31和设于辐射线31顶部辐射层32，辐射线31包括连接部311和螺旋部312，连接部311固定于馈电网络层2上并与馈电网络层2电连接，螺旋部312自连接部311的顶部沿垂直于馈电网络层2的方向螺旋上升。

支撑件1是用于固定和支撑天线的结构，它可以是金属或非金属材料制成的平板或圆柱形。支撑件1的作用是为天线提供一个稳定的基座，同时也可以起到隔离和屏蔽的作用，防止天线受到外界干扰或影响其他设备。支撑件1的形状和尺寸可以根据载体的空间和要求进行设计，例如，如果载体是一个圆柱形的火箭或飞机，那么支撑件1可以是一个与之匹配的圆柱形；如果载体是一个平面的车辆或船只，那么支撑件1可以是一个与之匹配的平板。

馈电网络层2是用于将输入的微波信号分配给辐射组件3的四个辐射线31，并将输出的微波信号合成为一个信号的电路层，它可以是印刷电路板或其他形式的电路。馈电网络层2的作用是实现天线的馈电和输出功能，同时也可以起到阻抗匹配和滤波等作用，提高天线的性能。馈电网络层2的设计可以根据天线的工作频段和要求进行优化，例如，如果天线需要在一个较宽的频段内工作，那么馈电网络层2可以采用宽带或多频段的设计；如果天线需要在一个特定的频段内工作，那么馈电网络层2可以采用窄带或单频段的设计。

辐射组件3是用于发射和接收微波信号的部分，它包括四个中心对称设置的辐射线31和设于辐射线31顶部辐射层32。辐射组件3的作用是实现天线的辐射和接收功能，同时也决定了天线的极化、方向性和增益等特性。辐射线31是用于形成螺旋状的电流分布和辐射场分布的导体线，它包括连接部311和螺旋部312。

辐射线31的作用是实现天线的圆极化和全向性特性，即在任何方向上都能发射和接收同样强度的信号，从而不受载体晃动或位移影响。辐射线31的参数可以根据天线的工作频段和要求进行设计，例如，如果天线需要在S波段工作，那么辐射线31的长度、直径、间距、匝数等可以按照一定的公式或经验进行计算或选择。

辐射层32是用于增强辐射效率和改善辐射方向性的部分，它可以是金属或介质材料制成的平面或曲面。辐射层32的作用是实现天线的低仰角高增益特性，即在仰角较小时能够提供较高的信号强度，从而不受地面反射或干扰影响。辐射层32的形状和材料可以根据天线的应用场景和要求进行选择，例如，如果天线需要在水平面上有较好的方向性，那么辐射层32可以采用平面形状；如果天线需要在垂直面上有较好的方向性，那么辐射层32可以采用曲面形状。

一示例性的实施例中，请参照图2和图4所示，辐射层32固定于螺旋部312的顶部，并与各个螺旋部312电连接。辐射层32作为四臂螺旋天线的关键组成部分，位于螺旋部312的顶部并与各个螺旋部312进行电连接。其主要功能是进行高效率的电磁波辐射和接收，进而确保天线的通信性能。

辐射层32通常选用高导电性和良好辐射性能的材料制成，例如铜、铝或金等。这样的材料能够保证电磁波的有效辐射，并减小信号损耗。层与螺旋部312的连接可能采用焊接、压接或其他机械连接方式。这些连接方式都能保证稳定、低损耗的电连接。辐射层32可以设计为平面或曲面结构，以适应不同的辐射要求。例如，平面结构有利于产生定向辐射，而曲面结构可能更适合全向辐射。

具体地，螺旋部312的匝数为两圈。螺旋部312可以采用金属或非金属材料制成，例如铜、铝、钢、碳纤维等，其截面形状可以根据天线的要求进行选择，例如圆形、方形、椭圆形等。螺旋天部通过选择两圈的匝数，可以进一步优化其宽带特性，使天线能够在更宽的频率范围内有效工作。

一示例性的实施例中，请参照图2和图3所示，连接部311的底部电连接有馈电探针5，馈电探针5贯穿馈电网络层2，馈电网络层2为圆形的FR4电路板。连接部311的底部配置有馈电探针5是为了确保稳定的电信号传输。此馈电探针5设计为贯穿一个圆形的FR4材料制成的馈电网络层2，从而使信号均匀分布至螺旋部312，实现优化的辐射性能。

馈电探针5可以通过穿孔、插孔、嵌入等方式贯穿馈电网络层2，并与馈电网络层2上的导线或导带等方式电连接，其贯穿位置和方式可以根据天线的电路和性能进行设计，例如均匀或不均匀分布，垂直或倾斜插入。馈电网络层2可以采用FR4或其他材料制成的印刷电路板或其他形式的电路，其厚度和直径可以根据天线的要求进行选择，例如薄厚不一或相等，大小不一或相等。

一示例性的实施例中，馈电探针5上焊接有移相网络层4，移相网络层4为环形的FR4电路板。移相网络层4通常是为了调整或控制从不同部分传入或传出的信号的相位，从而优化天线的辐射模式或其它相关特性。此移相网络层4设计为一个环形的FR4材料制成的电路板，这是为了确保与探针的有效连接，同时满足一系列的电气和机械要求。

具体地，移相网络层4包括三个3dB移相电桥，以使得四个辐射线31的相位差沿逆时针依次相差90°。移相网络层4采用三个3dB移相电桥，使得四个辐射线31的相位差沿逆时针方向依次相差90°，这种设计确保了各辐射线31间的相位分布均匀。三个3dB移相电桥在环形的FR4电路板上可能会被均匀布局，以确保整体结构的平衡性。每个电桥可能会连接到相邻的两个辐射线31，确保每对相邻的辐射线31之间的相位差为90°。

移相网络层4可以包含三个3dB移相电桥，分别与四个辐射线31对应。其中一个3dB移相电桥可以将输入的微波信号分成两路等幅但相位差为90°的输出信号，并分别馈给两个辐射线31；另外两个3dB移相电桥可以将这两路输出信号再次分成四路等幅但相位差为90°的输出信号，并分别馈给四个辐射线31。这样就实现了四个辐射线31的相位差沿逆时针依次相差90°。

一示例性的实施例中，请参照图1至图4所示，支撑件1包括底座11，馈电网络层2螺接固定于底座11上。底座11包括主体部111，主体部111上设有安装腔112，安装腔112内设有射频连接器6，射频连接器6固定安装于主体部111上。在螺旋天线系统中，支撑件1起到基础支撑和固定作用。在此特定设计中，支撑件1包括一个底座11，底座11则进一步包括主体部111，此主体部111上开设有安装腔112。安装腔112内部固定安装有射频连接器6，而馈电网络层2则通过螺接的方式固定于底座11上，确保了整个系统的稳定性和连续性。

底座11可以采用强度高、耐用和防腐蚀的材料，如不锈钢、铝或合成材料。其形状和大小可能会根据整体天线系统的设计和应用需要进行优化。射频连接器6可以是一个标准的SMA、BNC或其他类型的连接器，其主要作用是与外部设备或电缆进行连接，从而实现信号的输入和输出。

具体地，支撑件1还包括安装座12，安装座12包括一体成型的固定板121和安装板122，固定板121与主体部111的底部固定连接，安装板122垂直于固定板121。固定板121设计为与主体部111的底部进行固定连接，而安装板122则是垂直于固定板121设置。此设计增强了天线的结构稳定性，同时提供了方便的安装方式。

考虑到结构的稳定性和强度，安装座12可能使用金属如铝或不锈钢制成。也可以使用高强度的塑料或其他复合材料，以减少整体重量。固定板121可能是矩形或方形，其大小和形状根据主体部111的底部设计而定，以确保紧密和稳固的连接。通过安装座12将天线与载体的安装接口连接，实现了天线的快速安装和拆卸，同时也可以根据载体的空间和要求调整天线的位置和角度。

一示例性的实施例中，请参照图2和图3所示，四臂螺旋天线还包括罩体7，罩体7罩设于辐射组件3外周并与底座11固定连接，罩体7的顶部设有多个通孔71。罩体7位于辐射组件3的外周，并与底座11进行固定连接。此外，罩体7的顶部特意设计有多个通孔71。这种设计旨在为天线提供额外的保护，同时确保信号的无阻碍传播。罩体7的主要功能是为辐射组件3提供物理保护，抵御外部环境如雨水、尘土、冰雪和其他可能对天线造成损害的物质。

罩体7可以由非导电或低导电性材料制成，如聚碳酸酯、ABS或其他合成材料。这种选择可以确保罩体7不会干扰天线的正常工作。罩体7的形状可以是圆柱形、圆锥形或其他适合的形状，以确保它完全覆盖辐射组件3并与底座11顺利连接。通孔71可以均匀地分布在罩体7的顶部，形状可以是圆形、椭圆形或其他适当的形状。通孔71的尺寸和分布可以是基于确保良好通风和最小的信号衰减。

请参照图5和图6所示，为实用新型提供一实施方式中提供的四臂螺旋天线的性能测试图。对本发明提供的四臂螺旋天线的方向图和增益在微波暗室中进行测试，测得的方向图和轴比方向图如图5和图6所示，由图5和图6可以看出，该四臂螺旋天线在仰角5°之内增益≥3dBi，在仰角90°之内增益≥-2dBi（仰角0°为法向）。

综上所述，本实用新型提供的四臂螺旋天线，采用的辐射线呈螺旋状上升，使得天线具有圆极化特性，即在任何方向上都能发射和接收同样强度的信号，从而不受载体晃动或位移影响；由于辐射线为四个中心对称设置，使得天线具有全向性特性，即在水平面上能够均匀地覆盖360°范围内的信号，从而不需要对天线指向进行调整；由于辐射层的设置，使得天线具有低仰角高增益特性，即在仰角较小时能够提供较高的信号强度，从而不受地面反射或干扰影响；由于馈电网络层的设计，使得天线具有宽带特性，即能够在一个较宽的频段内保持稳定的性能，从而适应不同的通信需求。

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种四臂螺旋天线，其特征在于，包括：

支撑件；

馈电网络层，固定于所述支撑件上；

辐射组件，包括四个中心对称设置的辐射线和设于所述辐射线顶部辐射层，所述辐射线包括连接部和螺旋部，所述连接部固定于所述馈电网络层上并与所述馈电网络层电连接，所述螺旋部自所述连接部的顶部沿垂直于所述馈电网络层的方向螺旋上升。

2.如权利要求1所述的四臂螺旋天线，其特征在于，所述辐射层固定于所述螺旋部的顶部，并与各个所述螺旋部电连接。

3.如权利要求2所述的四臂螺旋天线，其特征在于，所述螺旋部的匝数为两圈。

4.如权利要求2所述的四臂螺旋天线，其特征在于，所述连接部的底部电连接有馈电探针，所述馈电探针贯穿所述馈电网络层，所述馈电网络层为圆形的FR4电路板。

5.如权利要求4所述的四臂螺旋天线，其特征在于，所述馈电探针上焊接有移相网络层，所述移相网络层为环形的FR4电路板。

6.如权利要求5所述的四臂螺旋天线，其特征在于，所述移相网络层包括三个3dB移相电桥，以使得四个所述辐射线的相位差沿逆时针依次相差90°。

7.如权利要求1所述的四臂螺旋天线，其特征在于，所述支撑件包括底座，所述馈电网络层螺接固定于所述底座上。

8.如权利要求7所述的四臂螺旋天线，其特征在于，所述底座包括主体部，所述主体部上设有安装腔，所述安装腔内设有射频连接器，所述射频连接器固定安装于所述主体部上。

9.如权利要求8所述的四臂螺旋天线，其特征在于，所述支撑件还包括安装座，所述安装座包括一体成型的固定板和安装板，所述固定板与所述主体部的底部固定连接，所述安装板垂直于所述固定板。

10.如权利要求7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罩体，所述罩体罩设于所述辐射组件外周并与所述底座固定连接，所述罩体的顶部设有多个通孔。