低剖面高增益寬帶圓極化螺旋天線的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于天線技術領域，涉及一種低剖面高增益寬帶圓極化螺旋天線，可廣泛應用于無線通信。
【背景技術】
[0002]圓極化特性的天線常見的有軸向模螺旋天線、微帶天線、四臂或八臂螺旋天線和平面螺旋天線等形式。其中，螺旋天線由于結構簡單，輻射效率高而被廣泛應用于通信領域，其工作模式分為法向模螺旋和軸向模螺旋兩種。當螺旋的直徑與波長之比D/λ <0.18時，天線的最大輻射方向在水平面并產(chǎn)生線極化波。當螺旋的與波長之比D/λ =0.25?0.46 (即一圈螺旋周長約為一個波長)時，天線沿軸線方向有最大輻射，此時選取合適的螺旋上升角一般大于12°，天線將在軸線方向產(chǎn)生圓極化波。當需要產(chǎn)生高增益圓極化輻射時，增加軸向模螺旋的圈數(shù)，一般多于6圈以提高增益，或者將軸向模螺旋天線進行組陣設計，無論使用哪種方案，由于受螺距的限制，天線的高度都不會變的很低，不適用于無線通信系統(tǒng)的小型終端。
[0003]微帶天線具有低剖面特性，將其進行組陣可以實現(xiàn)高增益圓極化輻射，但是微帶天線本身的圓極化帶寬較窄，輻射效率也不高，因而適用范圍也受到一定的限制。
[0004]四臂或八臂螺旋天線通常需要通過設計較為復雜的饋電網(wǎng)絡來實現(xiàn)圓極化，同時這種形式的天線的增益也較低，一般在5dBi以下。
[0005]平面螺旋天線具有寬帶、寬波束和低剖面的特點，但是因為其增益一般在7dBi以下，且由于饋線與輻射體匹配難度較大，因而不能滿足更多用戶的需要。
[0006]不同形式的圓極化天線各有優(yōu)勢，但同時存在自身難以克服的缺陷。為了提高天線的綜合性能，近年來國內外的研發(fā)人員做了各種嘗試，如中國專利授權號CN 103943954A，名稱為“一種超寬帶低剖面印刷型圓極化螺旋天線”，其結構如圖1所示，該發(fā)明包括輻射體和底板，輻射體由空心柱狀介質板和印刷在其外表面上的螺旋狀金屬帶組成，該螺旋狀金屬帶的寬度為1mm?40mm，圈數(shù)為1.0?1.5，螺旋上升角為20°?30°，該發(fā)明有效地降低了天線剖面，但是由于螺旋狀金屬帶的寬度較寬，螺旋角不能進一步減小，即剖面不能進一步降低，且由于圈數(shù)少，這種天線的增益較低。
【實用新型內容】
[0007]本實用新型的目的在于解決了上述現(xiàn)有技術存在的缺陷，提出了一種低剖面高增益寬帶圓極化螺旋天線，以解決現(xiàn)有印刷型圓極化螺旋天線剖面較高和增益較低的問題。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取如下技術方案:
[0009]一種低剖面高增益寬帶圓極化螺旋天線，包括輻射體和底板，所述輻射體固定在底板上；所述輻射體包含兩個并排固定在底板I上的輻射體2，其間的距離L = 0.4 λ。?0.65 λ 0, Atl為天線中心頻點的自由空間波長；該輻射體2由空心柱狀介質板3和繞置在其外表面的螺旋輻射單元4組成，所述螺旋輻射單元4的螺旋圈數(shù)多于三圈，螺旋角85° ( α〈90° ;兩個螺旋輻射單元4的起始端在圓周方向上的位置相差90度；兩個饋電網(wǎng)絡5均采用微帶漸變線結構，且呈正交排布，其輸出端分別與兩個螺旋輻射單元4的起始端連接，用于實現(xiàn)寬帶匹配，輸入端分別與第一同軸饋線6和第二同軸饋線7的內芯相連；第一同軸饋線6的長度小于第二同軸饋線7，用于實現(xiàn)圓極化。
[0010]上述的低剖面高增益寬帶圓極化螺旋天線，所述空心柱狀介質板3采用FR4材質，其外徑 D = 0.25 λ 0?0.4 λ。。
[0011]上述的低剖面高增益寬帶圓極化螺旋天線，所述螺旋輻射單元4采用漆包銅線，螺旋圈數(shù)設置為3?5圈。
[0012]上述的低剖面高增益寬帶圓極化螺旋天線，所述底板I是由FR4材質的介質基板、印制在其上下表面的饋電網(wǎng)絡5和金屬貼片組成。
[0013]上述的低剖面高增益寬帶圓極化螺旋天線，所述饋電網(wǎng)絡5漸變部分長度為1/4 λ 00
[0014]上述的低剖面高增益寬帶圓極化螺旋天線，所述兩個同軸饋線6和7的長度分別為LjPL2, L2-L1= 1/4 λ。，用以產(chǎn)生90°的相位相差。
[0015]本實用新型與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點:
[0016]1、本實用新型由于采用了較大的螺旋角，S卩很小的螺距，這樣使得螺旋高度降低，實現(xiàn)低剖面。
[0017]2、本實用新型由于采用較小的螺距，使單元天線輻射線極化波，將兩個單元天線正交放置，組成二元陣，產(chǎn)生的兩個正交線極化波在空間合成圓極化波，同時由于螺距小可繞制的圈數(shù)增加，從而使天線的增益得到了很大的提高。
[0018]3、本實用新型工作于1526-1659ΜΗΖ，其饋電網(wǎng)絡由漸變微帶線構成，實現(xiàn)了同軸饋線與天線輻射單元的寬帶匹配。
【附圖說明】
[0019]圖1為現(xiàn)有螺旋天線的整體結構示意圖；
[0020]圖2為本實用新型的整體結構示意圖；
[0021]圖3為本實用新型的螺旋輻射體的結構示意圖；
[0022]圖4為本實用新型的底板俯視圖；
[0023]圖5為本實用新型實施例1的駐波比實測結果圖；
[0024]圖6為本實用新型實施例1的軸比實測結果圖；
[0025]圖7為本實用新型實施例1的XOZ面輻射方向圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步描述:
[0027]實施例1
[0028]參照圖2，輻射體包含兩個并排固定在底板I上的輻射體2，該兩個輻射體2的規(guī)格相同，其中心軸線垂直于底板I的橫截面，通過螺釘與底板I固定組成二元陣，兩者間的距離L = 114mm ;兩個螺旋輻射單元4的起始端在圓周方向上的位置相差90度，且繞向相同，產(chǎn)生的兩個正交線極化波在空間合成了圓極化波；在矩形介質基板的上表面印制有兩個呈正交排布的饋電網(wǎng)絡5，該兩個饋電網(wǎng)絡5均采用微帶漸變線結構，其輸出端分別與兩個螺旋輻射單元4的起始端焊接，用于實現(xiàn)寬帶匹配，饋電網(wǎng)絡5的輸入端分別與穿過底板I上穿線孔的第一同軸饋線6和第二同軸饋線7的內芯焊接，矩形介質基板的下表面印制的金屬貼片與第一同軸饋線6和第二同軸饋線7的外芯焊接，第一同軸饋線6的長度L1 =15mm，第二同軸饋線7的長度L2= 45mm，這樣就可以保證二者在相位上相差90°，從而實現(xiàn)了右旋圓極化輻射。
[0029]參照圖3，輻射體2由空心柱狀介質板3和繞制在其外表面上的螺旋輻射單元4組成；空心柱狀介質板3采用FR4材質，外徑D = 62mm，高度G = 36mm，厚度P = 3mm，在其外表面刻有螺旋槽，螺旋輻射單元4鑲嵌在螺旋槽里。螺旋輻射單元4采用直徑為1.5mm的漆包銅線，以α =87°繞制在空心柱狀介質板3上，圈數(shù)為3.5圈。
[0030]參照圖4，底板I是由FR4材質的矩形介質基板、印制在其上下表面的饋電網(wǎng)絡5和金屬貼片組成，介質基板的長度L3= 208mm,寬度W1= 99mm，厚度H = 2mm ;采用微帶漸變線的形式，其中寬邊部分寬度W = 3.5_，長度L4= 32_，漸變線部分總長“=22_，寬度可以調整，這樣通過改變漸變線的寬度可以調整漸變形式以實現(xiàn)同軸饋線與輻射單元的阻抗匹配。
[0031]實施例2
[0032]實施例2的結構與實施例1的結構相同，如下參數(shù)作了調整:
[0033]螺旋輻射體螺旋角α =86°，空心柱狀介質板3的外徑D = 60mm,兩個輻射體2之間的距離L = 108mm,饋電網(wǎng)絡5寬邊部分寬度W = 3.5mm，長度L4= 25mm，漸變線部分總長L5= 17mm，寬度可以調整。
[0034]實施例3
[0035]實施例3的結構與實施例1的結構相同，如下參數(shù)作了調整:
[0036]螺旋輻射體螺旋角α =85°，空心柱狀介質板3的外徑D = 64mm,兩個輻射體2之間的距離L= 112mm,饋電網(wǎng)絡5寬邊部分寬度W = 3.5mm，長度L4= 25mm，漸變線部分總長L5= 17mm，寬度可以調整。
[0037]以下結合測試結果對本實用新型的效果作進一步描述:
[0038]參照圖5，在微波暗室利用安捷倫8753ES測試本實用新型的駐波，以駐波比小于2為標準，在本實用新型工作頻段1526-1659MHZ范圍內駐波比均在2以下。
[0039]參照圖6，在微波暗室測試本實用新型的半空間圓極化軸比，以軸比小于3dB為標準，在本實用新型工作頻段1526-1659MHZ范圍內軸比均在3dB以下。
[0040]參照圖7，在Airlink 3D微波暗室測量本實用新型的立體方向圖，實測結果可看出，在本實用新型工作頻段1526-1659MHZ范圍內方向圖規(guī)整，后瓣很小，輻射性能良好，主方向增益可達到14dBi，實現(xiàn)了高增益。
[0041]以上實測結果說明，本實用新型天線具有寬帶、高增益和圓極化特性。
【主權項】
1.一種低剖面高增益寬帶圓極化螺旋天線，包括輻射體和底板，所述輻射體固定在底板上；其特征在于，所述輻射體包含兩個并排固定在底板(I)上的輻射體(2)，其間的距離L = 0.4 λ。?0.65 λ。，λ。為天線中心頻點的自由空間波長；該輻射體⑵由空心柱狀介質板(3)和繞制在其外表面的螺旋輻射單元(4)組成，所述螺旋輻射單元(4)的螺旋圈數(shù)多于三圈，螺旋角85° ^ α <90° ;兩個螺旋輻射單元(4)的起始端在圓周方向上的位置相差90度；兩個饋電網(wǎng)絡(5)均采用微帶漸變線結構，且呈正交排布，其輸出端分別與兩個螺旋輻射單元(4)的起始端連接，用于實現(xiàn)寬帶匹配，輸入端分別與第一同軸饋線(6)和第二同軸饋線(7)的內芯相連；第一同軸饋線(6)的長度小于第二同軸饋線(7)，用于實現(xiàn)圓極化。
2.根據(jù)權利要求1所述的低剖面高增益寬帶圓極化螺旋天線，其特征在于，所述空心柱狀介質板⑶采用FR4材質，其外徑D = 0.25 λ ^?0.4 λ。。
3.根據(jù)權利要求1所述的低剖面高增益寬帶圓極化螺旋天線，其特征在于，所述螺旋輻射單元(4)采用漆包銅線，螺旋圈數(shù)設置為3?5圈。
4.根據(jù)權利要求1所述的低剖面高增益寬帶圓極化螺旋天線，其特征在于，所述底板(I)是由FR4材質的介質基板、印制在其上下表面的饋電網(wǎng)絡(5)和金屬貼片組成。
5.根據(jù)權利要求4所述的低剖面高增益寬帶圓極化螺旋天線，其特征在于，所述饋電網(wǎng)絡(5)漸變部分長度為1/4 λ P
6.根據(jù)權利要求1所述的低剖面高增益寬帶圓極化螺旋天線，其特征在于:所述兩個同軸饋線(6，7)的長度分別為LjPL2, L2—L1= 1/4 λ ^，用以產(chǎn)生90°的相位相差。
【專利摘要】本實用新型公開了一種低剖面高增益寬帶圓極化螺旋天線，用于解決現(xiàn)有圓極化螺旋天線剖面高和增益低的問題。包括底板(1)、輻射體(2)、饋電網(wǎng)絡(5)、第一饋電同軸線(6)和第二饋電同軸線(7)；兩個輻射體(2)是由空心柱狀介質板(3)和繞制在其外表面的螺旋輻射單元(4)組成，并列固定在底板(1)上；螺旋輻射單元(4)的圈數(shù)多于三圈，其螺旋角85°≤α<90°，兩個螺旋輻射單元(4)的起始端在圓周方向上的位置相差90度，且繞向相同；兩個饋電網(wǎng)絡(5)均采用微帶漸變線結構，且呈正交排布；第一饋電同軸線(6)的長度小于第二饋電同軸線(7)。本實用新型具有剖面低和增益高的優(yōu)點，可廣泛應用于無線通信。
【IPC分類】H01Q5-50, H01Q1-36
【公開號】CN204464476
【申請?zhí)枴緾N201520208719
【發(fā)明人】張輝, 陳緒兵, 唐照成, 徐志杰, 王毅
【申請人】西安星網(wǎng)天線技術有限公司
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月8日