CN2852420Y - 小型宽带圆极化球面螺旋天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了一种小型宽带圆极化球面螺旋天线。该天线主要由支撑介质2、反射板3、同轴馈线5组成，该射支撑介质采用上部为半球形下端为两段直径不等的圆柱体结构，该半球形8上开有双螺旋槽6，其内设有金属导线4，缠绕成等角螺旋线，半球形8的在球面中心至圆柱底部开有通线孔7，该同轴馈线分成渐变开槽形，由通线孔7中穿过一端与金属导线4相连接，另一端接同轴接头，该反射板为圆形与其上的支撑介质2固定为一体。本实用新型结构简单，在超宽频带范围内VSWR＜2，半功率波束宽度不小于60度，轴比小于3dB，可作为移动通信中的天线单元。

Description

小型宽带圆极化球面螺旋天线

技术领域

本实用新型涉及天线技术领域，具体地说是一种小型宽带圆极化球面螺旋天线，可用于移动通信和全球定位系统GPS中。

背景技术

在移动通信和全球定位系统GPS中，由于电场的极化特性在电离层中发生偏转，因此，在这些系统中需要使用圆极化天线，特别是体积小、重量轻、宽波束的圆极化天线。

目前常用的圆极化辐射的天线主要有柱螺旋天线和微带天线，其中：

柱螺旋天线是较多采用的一种，这种天线虽然可以实现圆极化辐射，但是却存在辐射波瓣的宽度较窄和实现轴向辐射的频带较窄的问题，同时由于要获得圆极化需要较多的螺旋圈数，因而又增大了天线的体积。

微带天线虽然具有体积小的特点，但是其带宽受又到很大的限制，仅能在较窄的频带内实现圆极化，且增益较低。虽然可以通过采用加匹配网络的办法可以在一定程度上展宽频带，但是还是要受到一定的局限，特别是为了提高增益而组成天线阵时，又会带来使馈电网络就更加复杂，天线制作代价高的不足。

2000年世界无线电大会针对未来数据发展需求问题，对3G频带作了扩展：806～960MHz，1710～1885MHz，2500～2690MHz。针对这样宽的频带若要采用一种天线实现其辐射圆极化波，则要求天线必须具有超宽频带的性能，即相对带宽要达到107％。因此上述普通的天线由于受其频带窄的限制而无法实现。

实用新型的内容

本实用新型的目的是提供一种结构和馈电简单的小型宽带圆极化球面螺旋天线，进一步展宽天线的频带，以克服传统天线频带宽度不能满足3G频带作扩展的问题。

实现本实用新型目的的技术关键是对天线的形状结构进行改进，整个天线主要由支撑介质、同轴馈线和反射板组成，其中支撑介质采用半球形和两段直径不同的圆柱体结构。

所述的半球形上开有双螺旋槽，双螺旋槽内设有金属导线，该金属导线缠绕成等角螺旋。

所述的同轴线外表皮制作成渐变开槽的形式，将其从半球面中心至圆柱底部开有的通线孔中穿过后与金属导线连接。

所述的反射板形状为圆形，并与支撑介质固定为一体。

本实用新型由于采用半球形和两段直径不同的圆柱体结构，极大的展宽了频带；同时由于本实用新型采用圆形反射板结构，使天线可产生单向辐射，增大了天线的增益；此外由于本实用新型采用对同轴线外表皮制作成渐变开槽的形式，达到平衡馈电和阻抗变换的功能。本实用新型具有结构简单，价格低廉，一致性好的优点，实测表明，用本实用新型制作的宽带天线，在800MHz～2700MHz的通信频带范围内输入电压驻波比小于2，相对带宽达到108％，前后比大于18dB，可作为移动通信中的基站天线单元。

附图说明：

图1是本实用新型的结构图

图2是图1的俯视图

图3是本实用新型的VSWR频率特性曲线图

图4是本实用新型的方向图

图5是本实用新型的圆极化轴比曲线图

具体实施方式

以下参照附图对本实用新型作进一步详细描述。

参照图1和图2，小型宽带圆极化球面螺旋天线1主要由支撑介质2、金属反射板3、金属导线4和同轴馈线5组成。支撑介质2的上部加工成半球状，直径为0.66λ～0.68λ；下部为两段直径不等的圆柱体，第一段高度L1为0.1λ～0.2λ，直径为0.51λ～0.53λ，第二段高L2为0.09λ～0.11λ，直径为0.67λ～0.69λ；该支撑介质采用环氧圆柱加工，其圆柱部分的底部固定在金属反射板3上。半球面8上开有等角双螺旋线槽6，螺旋圈数为3.75圈，该螺旋线槽6内布有金属导线4，该金属导线采用两根漆包铜线，直径为0.01λ～0.02λ，紧紧嵌入介质半球的螺旋槽6内，缠绕成等角螺旋线，以获得较精确的螺距与上升角；半球面8的中心至圆柱底部开有通线孔7。同轴馈线5采用标准50欧姆硬电缆，外表皮制作成渐变开口的形式，以达到平衡馈电和阻抗变换的功能，该同轴馈线从介质通线孔7中穿过，其内、外导体在介质半球的顶端分别与两根金属导线4连接，另一端接同轴接头。金属反射板3采用3mm厚的铝板，直径L为2.6λ～2.8λ，该金属反射板3为圆形，中心开孔，以便使同轴馈线5从中通过，以产生单向辐射，增大天线的增益。调节金属反射板的直径L和支撑介质圆柱的高度L1、L2，可得到天线的最佳电气性能。

本实用新型既可单独使用，也可以用组成天线阵，用于移动通信和全球定位系统GPS中。

经实际测试，本实用新型在800～2700MHz频段，天线的电性能指标良好，其中：

由图3给出的该天线的VSWR频率特性曲线可看出，在800～2700MHz的频段内，电压驻波比VSWR＜2。

由图4给出的该天线的方向图可看出，其半功率波束宽度为HPBW_E＝60°

由图5给出的该天线的轴比曲线可看出，轴比AR＜3dB。

Claims (6)

1.一种小型宽带圆极化球面螺旋天线，包括支撑介质(2)、反射板(3)、同轴馈线(5)，其特征在于支撑介质(2)采用半球形和两段直径不等的圆柱体结构。

2.根据权利要求1所述的小型宽带圆极化球面螺旋天线，其特征在于支撑介质(2)上部的半球形(8)上开有双螺旋槽(6)，在球面中心至圆柱底部开有通线孔(7)。

3.根据权利要求2所述的小型宽带圆极化球面螺旋天线，其特征在于双螺旋槽(6)内设有金属导线(4)，该金属导线缠绕成等角螺旋线。

4.根据权利要求1所述的小型宽带圆极化球面螺旋天线，其特征在于同轴馈线(5)分成渐变开槽形，由通线孔(7)中穿过与金属导线(4)相连接。

5.根据权利要求1所述的小型宽带圆极化球面螺旋天线，其特征在于反射板为圆形，与支撑介质(2)固定为一体。

6.根据权利要求1所述的小型宽带圆极化球面螺旋天线，其特征在于支撑介质上部半球形(8)的直径为0.66λ～0.68λ，第一段圆柱体的高度L1为0.1λ～0.2λ，直径为0.51λ～0.53λ；第二段圆柱体的高度L2为0.09λ～0.11λ，直径为0.67λ～0.69λ。

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