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CN109509968B - 一种平衡双频四臂螺旋天线 - Google Patents

一种平衡双频四臂螺旋天线 Download PDF

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Abstract

本申请涉及天线技术领域，提供一种平衡双频四臂螺旋天线，属于多模全球卫星导航系统天线技术领域。平衡双频四臂螺旋天线，包括辐射部分、馈电部分，辐射部分包括空心柱及4组同规格等间距的螺旋臂，螺旋臂绕置于空心柱表面，馈电部分安装在空心柱的端部，每组螺旋臂包括主辐射臂及副辐射臂，主辐射臂与副辐射臂的一端开路或短路，在短路或开路一端设有耦合组件。本申请的平衡双频四臂螺旋天线，可提高寄生频段的能量，改善寄生频段的性能,同时降低天线尺寸。

Description

一种平衡双频四臂螺旋天线
技术领域
本申请涉及一种平衡双频四臂螺旋天线，属于多模全球卫星导航系统天线技术领域。
背景技术
全球卫星导航系统(GNSS)在社会的各个方面有着及其广泛的应用。较单一的卫星导航系统而言,多模导航具有覆盖范围更广,导航精度更高,运行更为稳定性等优点,这使得多模导航成为未来卫星导航发展大趋势。而天线作为卫星导航系统的重要组成部分,其性能好坏对导航系统的性能有较大的影响。因此研究多模卫星导航天线就有重要的意义。
常规四臂螺旋天线一般情况下是采用在顶部(或者底部)弯折辐射臂或者在主辐射臂旁边直接放置一段短路或开路的副辐射臂的方式实现双频特性，但是这两种方式都存在一个问题，即由于主辐射臂和副辐射臂的电流不平衡，导致寄生频段的能量往往会低于主频段的能量，影响天线的性能。
发明内容
本申请为解决现有技术中四臂螺旋天线主辐射臂和副辐射臂的电流不平衡，导致寄生频段的能量往往会低于主频段的能量，影响天线的性能的问题而设计。
本申请提供了一种平衡双频四臂螺旋天线，包括辐射部分、馈电部分，辐射部分包括空心柱及4组同规格等间距的螺旋臂，螺旋臂绕置于空心柱表面，馈电部分安装在空心柱的端部，每组螺旋臂包括主辐射臂及副辐射臂，主辐射臂与副辐射臂的终端开路或短路，且在主辐射臂和副辐射臂之间设有耦合组件。
根据本申请的一个实施例，其中，所述平衡双频四臂螺旋天线还包括外罩及电缆，所述辐射部分和馈电部分包裹在该外罩内，所述电缆连接所述馈电部分。
根据本申请的一个实施例，其中，所述主辐射臂与副辐射臂的螺旋上升角为相同或不同。
根据本申请的一个实施例，其中，所述馈电部分包括圆极化馈电组件，所述圆极化馈电组件可以是电桥或者是纯介质组成的一分四网络，网络的输入端口与电缆相连，每个输出端口幅度相等，相位依次相差90°，四个输出端口分别与四组螺旋臂相连接。
根据本申请的一个实施例，其中，所述主辐射臂和副辐射臂的旋向为右旋或左旋，主辐射臂和副辐射臂的宽度为均匀或渐变，主辐射臂和副辐射臂的终端为开路或短路。
根据本申请的一个实施例，其中，所述螺旋臂为在介质基板上印刷制成，所述空心柱为质量轻的低损耗材料或空气所构成。
根据本申请的一个实施例，其中，耦合组件的设置包括以下三种方式：
(1)所述耦合组件包括分别设置在主辐射臂和副辐射臂上的两个末端平齐的耦合片。
(2)所述耦合组件包括分别设置在主辐射臂和副辐射臂上的两个末端为锯齿形的耦合片。
(3)所述耦合组件包括印刷在螺旋臂背面的耦合片。
根据本申请的一个实施例，其中，所述耦合组件的设置方向为与平衡双频四臂螺旋天线整体放置方向垂直。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：上述方案中，本申请提供的平衡双频四臂螺旋天线，与现有技术相比，在保证天线其他性能的情况下，两个频段增益带宽相当且有较高的辐射效率。通过主辐射臂和副辐射臂间加一个耦合器件，以平衡主、副辐射臂的电流，从而提高寄生频段的能量，改善寄生频段的性能，同时，耦合器件的引入相当于增加了电长度，从而降低天线尺寸。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1平衡双频四臂螺旋天线的结构示意图；
图2为图1中螺旋臂部分的结构示意图；
图3为实施例2中耦合组件设置方式的结构示意图；
图4为实施例3中耦合组件设置方式的结构示意图；
图5为实施例4中耦合组件设置方式的结构示意图。
[主要元件符号说明]
1.空心柱，2.螺旋臂，3.主辐射臂，4.副辐射臂，5.耦合组件，6、7、8.可选耦合组件，9.圆极化馈电组件，10.外罩，11.电缆。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例1
如图1、图2所示，平衡双频四臂螺旋天线，包括辐射部分、馈电部分、外罩10、电缆11，其中辐射部分包括四组螺旋臂2，紧密绕置于空心柱1上面，馈电部分是由安装于空心柱下方的圆极化馈电组件9组成，外罩10紧密包围辐射部分和馈电部分，起保护和美观作用。电缆11从外罩10中穿出。
四组螺旋臂2的结构规格相同，且等间距排列，每组螺旋臂包含主辐射臂3和副辐射臂4，并且，主辐射臂和副辐射臂之间有一个耦合组件5使得两臂之间的电流平衡,同时增加主辐射臂3和副辐射臂4的有效电长度，减小天线的尺寸。
其中，耦合组件5的位置可在主3，副辐射臂4的任意位置，通常和天线的工作频率相关以及主、副辐射臂的能量分布相关，以平衡主、副辐射臂的能量分布，而辐射臂3和副辐射臂4的能量分布与辐射臂3和副辐射臂4的长度，末端形式，宽度，二者间距，升角等相关。如图1所示，主、副辐射臂为开路，耦合组件5在主辐射臂3靠近终端的位置。
其中，耦合组件5的长度，宽度通常和天线的工作频率相关以及主、副辐射臂的能量分布相关。
其中，耦合组件5的角度通常平行于水平面，天线垂直于地面放置。
其中，每组螺旋臂2的主辐射臂3，副辐射臂4的角度螺旋上升角可以相同，也可以不同。
其中，每组螺旋臂2的旋向可以是右旋，也可以是左旋。
其中，每组螺旋臂2金属片的宽度可以是均匀的，也可以是渐变的。
其中，每组螺旋臂2金属片的主辐射臂3和副辐射臂4的设置耦合组件5的一个终端可以是短路，也可以是开路。
其中，每组螺旋臂2金属片的主辐射臂3和副辐射臂4的不设置耦合组件5的另一个终端可以是短路，也可以是开路。
四组螺旋臂2印刷于薄的介质基板上面，也可以没有介质基板，螺旋臂2紧密绕置于空心柱1表面。
圆极化馈电组件9可以是电桥组成或者是由纯介质组成的一分四网络，输入端口与电缆相连，每个输出端口幅度相等，相位依次相差90°，并且分别与四组螺旋臂相连接。
圆极化馈电组件9可以在空心柱1的顶部，也可以在空心柱1的底部。
空心柱1为质轻的、低损耗材料或空气所构成。
实施例2
如图3所示，本实施例提供了二种耦合组件5的具体设置形式。
主辐射臂3和副辐射臂4的设置所述耦合组件5的一个终端为开路，主辐射臂3和副辐射臂4的终端为开路，可选耦合组件6包括分别设置在主辐射臂3和副辐射臂4上的两个末端平齐的耦合片，耦合片为金属片。
实施例3
如图4所示，本实施例提供了第三种耦合组件5的具体设置形式。主辐射臂3和副辐射臂4的终端为开路。可选耦合组件7包括分别设置在主辐射臂3和副辐射臂4上的两个末端为锯齿形的耦合片，耦合片为金属片。
实施例4
如图5所示，本实施例提供了第四种耦合组件5的具体设置形式。主辐射臂3和副辐射臂4的终端为开路。
可选耦合组件8包括印刷在主辐射臂3和副辐射臂4背面的耦合片，如图5所示，用虚线表示，耦合片为金属片。
在实施例2、3、4中，针对主辐射臂3和副辐射臂4能量分布的不同，分别设置了不同形式的可选耦合组件，其作用均为通过耦合组件的电耦合作用，平衡主辐射臂3和副辐射臂4的电流，从而提高寄生频段的能量，改善寄生频段的性能,同时，耦合组件的引入相当于增加了电长度，从而降低天线尺寸。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种平衡双频四臂螺旋天线，包括辐射部分以及馈电部分，辐射部分包括空心柱及4组同规格等间距的螺旋臂，所述螺旋臂绕置于空心柱的表面，所述馈电部分安装在空心柱的端部，其特征在于，每组所述螺旋臂包括主辐射臂及副辐射臂，所述主辐射臂与所述副辐射臂的末端开路或短路，并且在所述主辐射臂和所述副辐射臂之间设有耦合组件；
所述耦合组件包括分别设置在主辐射臂和副辐射臂上的两个末端为锯齿形的耦合片；
所述耦合组件的设置方向为与平衡双频四臂螺旋天线整体放置方向垂直。
2.如权利要求1所述的平衡双频四臂螺旋天线，其特征在于，所述平衡双频四臂螺旋天线还包括外罩及电缆，所述辐射部分和所述馈电部分包裹在该外罩内，该电缆连接所述馈电部分。
3.如权利要求2所述的平衡双频四臂螺旋天线，其特征在于，所述主辐射臂与副辐射臂的螺旋上升角为相同或不同。
4.如权利要求3所述的平衡双频四臂螺旋天线，其特征在于，所述馈电部分包括圆极化馈电组件，所述圆极化馈电组件为电桥或者纯介质组成的一分四网络，网络的输入端口与电缆相连，每个输出端口幅度相等，相位依次相差90°，四个输出端口分别与四组所述螺旋臂相连接。
5.如权利要求1所述的平衡双频四臂螺旋天线，其特征在于，所述主辐射臂和副辐射臂的旋向为右旋或左旋，所述主辐射臂和所述副辐射臂的宽度为均匀或渐变，所述主辐射臂和所述副辐射臂的末端为开路或短路。
6.如权利要求1所述的平衡双频四臂螺旋天线，其特征在于，所述螺旋臂为在介质基板上印刷制成，所述空心柱为低损耗材料或空气所构成。
7.如权利要求1至6任一项所述的平衡双频四臂螺旋天线，其特征在于，所述耦合组件包括分别设置在主辐射臂和副辐射臂上的两个末端平齐的耦合片。
8.如权利要求1至6任一项所述的平衡双频四臂螺旋天线，其特征在于，所述耦合组件包括印刷在螺旋臂背面的耦合片。
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