CN222191136U - 一种柔性渐变全向圆极化天线 - Google Patents

Abstract

一种柔性渐变全向圆极化天线，包括平行馈电板、螺旋渐变阵子臂、天线罩、柔性线路板；螺旋渐变阵子臂具有多只，其中多只螺旋渐变阵子臂的下端、另外多只螺旋渐变阵子臂的上端分别安装在一起，且其中多只螺旋渐变阵子臂的上端、另外多只螺旋渐变阵子臂的下端分别位于平行馈电板多个开孔内并安装在一起；多只螺旋渐变阵子臂的外侧分别安装在线路板的内侧端，线路板、螺旋渐变阵子臂、馈电板安装在两只天线罩之间；其中多只螺旋渐变阵子臂的下端和一根馈电电缆连接。本新型实现了小型化和宽带化，保持了高增益、高轴比的特性，能方便安装在应用终端上使用，降低了设计成本，提到了生产效率和产品一致性。

Description

一种柔性渐变全向圆极化天线

技术领域

本实用新型涉及天线设备领域，特别是一种柔性渐变全向圆极化天线。

背景技术

全向圆极化天线由于其具有圆极化辐射和全向辐射的双重特性,能比传统定向天线提供更大的信号覆盖范围,同时圆极化天线具有的抑制云雨干扰与抗多径反射特性,被广泛应用于遥感遥测、空间飞行器(飞机、导弹、火箭等)、广播电视系统和卫星定位、数据传输等各个方面。举例来说，全球卫星导航定位系统(GNSS)在实际应用中所呈现的反应快、效率高、定位准确等特点,其应用己经深入人们的日常生活中，为了提高卫星导航天线的覆盖面积,对于全向圆极化天线需求巨大。随着5G通信的大力发展，智能家居、智能工业化设备、智能驾驶以及远距离无人图传设备等也得到了长足发展，相关设备为了信号的有效收发，也依赖于全向圆极化天线系统。实用且数据收发效果好的全向圆极化天线，不但能保证应用终端的数据收发，且也会提高自身产品市场竞争力。

如图1所示，目前本行业应用的主流全向圆极化天线，为常规的四叶草天线设计，其尺寸分别为30*25cm(天线本体，不包含接头)，该类天线存在着直径较大、剖面较高、且重量较重，不利于设备的小型化、紧凑化的缺点，无法满足轻量化、小型化等的要求，且天线的辐射方向图性能存在一定缺陷，会对应用终端信号的收发造成一定的不利影响。

实用新型内容

为了克服现有全向圆极化天线由于结构所限，存在如背景所述弊端，本实用新型提供了将传统的四叶草全向圆极化天线改为立体螺旋天线，通过螺旋天线渐变式结构，实现了全向圆极化天线的小型化和宽带化，降低了天线的高度、实现了低剖面，采用柔性线路板工艺加工线路，降低了设计成本，相对实现了低成本化和轻量化，并依托于成熟的柔性电路板工艺，大大提到了生产效率和产品一致性，应用于终端设备能取得更好信号数据收发效果的一种柔性渐变全向圆极化天线。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种柔性渐变全向圆极化天线，其特征在于，包括平行馈电板、螺旋渐变阵子臂、天线罩、柔性线路板；所述平行馈电板的具有多个开孔、多个开孔中间有固定孔，螺旋渐变阵子臂具有多只，螺旋渐变阵子臂是弧形结构，天线罩有至少两只，每只天线罩包括限位板和连接柱，限位板一端和连接柱安装在一起；所述其中多只螺旋渐变阵子臂的下端、另外多只螺旋渐变阵子臂的上端分别安装在一起，且其中多只螺旋渐变阵子臂的上端、另外多只螺旋渐变阵子臂的下端分别位于平行馈电板多个开孔内并安装在一起；所述柔性线路板是中空结构，多只螺旋渐变阵子臂的外侧分别安装在线路板的内侧端，线路板、螺旋渐变阵子臂、馈电板安装在两只天线罩之间；所述其中多只螺旋渐变阵子臂的下端和一根馈电电缆连接。

进一步地，所述平行馈电板其中一个开孔内上端及下端相连的其中一只及另外一只螺旋渐变阵子臂组成的形状是半圆弧形。

进一步地，所述天线罩、柔性线路板是绝缘材质。

进一步地，所述螺旋渐变阵子臂是铜制材质材料，为片状结构。

进一步地，所述限位板的外径大于柔性线路板的外径。

进一步地，所述两只天线罩组成的外径是10-12*7-8mm之间。

与现有技术相比本实用新型有益效果是：本实用新型将传统的四叶草全向圆极化天线改为立体螺旋天线，通过螺旋天线渐变式结构，实现了全向圆极化天线的小型化和宽带化，保持了高增益、高轴比的特性基础上，还降低了天线的高度、实现了低剖面；由于外形变小且重量轻、能方便安装在应用终端上使用，解决了目前常规天线尺寸较大，重量较重无法有效与现有小型化设备集成的问题，应用范围更广；采用柔性线路板工艺加工线路，替代了传统全向圆极化天线的镭雕或者钣金工艺，相对降低了设计成本，实现了低成本化和轻量化，并依托于成熟的柔性电路板工艺，大大提到了生产效率和产品一致性。本新型应用于终端设备能取得更好数据收发效果，基于上述，本实用新型具有好的应用前景。

附图说明

以下结合附图和实施例将本实用新型做进一步说明。

图1是现有全向圆极化天线结构示意图。

图2是本实用新型整体结构示意图。

图3、4、5是本实用新型局部结构示意图。

图6是本实用新型渐变线结构增加电流分布的示意图。

图7是本实用新型宽带化对比示意图。

图8是本实用新型宽轴比调控示意图。

图9是本实用新型3D辐射方向图6优秀的全向性展示示意图。

图10是本实用新型性能展示—驻波比示意图。

图11是本实用新型性能展示—轴比示意图。

图12是本实用新型性能展示—水平面瓣宽示意图。

图13是本实用新型性能展示—垂直面瓣宽示意图。

图14是本实用新型性能展示—辐射效率示意图。

具体实施方式

图2、3、4、5中所示，一种柔性渐变全向圆极化天线，包括平行馈电板1、螺旋渐变阵子臂2、天线罩3、柔性线路板4；所述平行馈电板1的中部具有四个开孔101、四个开孔101中间有个固定孔102，螺旋渐变阵子臂2具有八只，螺旋渐变阵子臂2是螺旋弧形结构，天线罩3有两只，每只天线罩3包括限位板31和连接柱32，限位板31一端和连接柱32一体成型安装在一起，其中一只天线罩的限位板31及连接柱32中部分别有一个贯穿的开孔，另一只天线罩的限位板31及连接柱32中部分别有一个贯穿的螺孔；所述其中四只螺旋渐变阵子臂2的下端、另外四只螺旋渐变阵子臂2的上端分别焊接在一起，且其中四只螺旋渐变阵子臂2的上端、另外四只螺旋渐变阵子臂2的下端分别焊接在一起且位于平行馈电板四个开孔101内(其中四只螺旋渐变阵子臂2位于馈电板下端，另外四只螺旋渐变阵子臂2位于馈电板上端)；所述柔性线路板4(柔性线路板可采用工程常规的FPC材料，也可采用5-10mil的FR4以及PTFE等高频电路板材质。该基材由于厚度较薄，仅作辐射臂支撑用，对辐射性能影响极其有限)是环形中空结构，八只螺旋渐变阵子臂2的外侧(外侧组成的弧形和线路板内侧弧度一致)环形间隔等距离分布分别焊接在线路板4的内侧端的焊接点位上(馈电板1位于线路板内侧中间)，线路板4套在两只天线罩3的连接柱外侧之间、一只螺杆经由其中一只天线罩3的开孔、平行馈电板1(位于两只天线罩的限位板之间)中部固定孔102旋入另一只天线罩3螺孔内，将线路板4、螺旋渐变阵子臂2、馈电板1安装在两只天线罩3之间；所述其中四只螺旋渐变阵子臂2的下端和一根馈电电缆6经导线连接(馈电电缆6另一端连接终端设备的信号端)。

图2、3、4、5中所示，平行馈电板每个开孔101内上端及下端相连的其中一只及另外一只螺旋渐变阵子臂2组成的形状是半圆弧形，八只螺旋渐变阵子臂2分别组成四组首尾相连的螺旋形状。天线罩3、柔性线路板4(除开焊接点位)是绝缘材质。螺旋渐变阵子臂2是铜制材质材料，为片状结构。限位板31的外径大于柔性线路板4外径。两只天线罩3组成的外径是11.6*7.6mm,相比传统的全向圆极化天线大幅度缩小。本新型中，螺旋渐变阵子臂2作用是辐射需要发射的信号及接收感应信号(调整螺旋渐变阵子臂2渐变线头尾线宽比可控制设备发射及接收信号的工作带宽，调整螺旋渐变阵子臂2渐变线倾斜角度可调整轴比特性、实现更好的数据收发效果，调整螺旋渐变阵子臂2渐变线长度可调整谐振频点、满足不同终端设备收发信号的频率能达到最佳)；平行馈电板1作用是为了阻抗匹配(平行馈电板1构成射频四分之波长匹配电路，进而能实现输入电缆段的50欧姆阻抗变换到阵子臂的阻抗，具体通常为100-150欧姆)；柔性线路板4(超薄柔性线路板，便于八只螺旋渐变阵子臂2共形)作用是为了支撑固形螺旋渐变阵子臂2；天线罩3作用是为了保护平行馈电板1、螺旋渐变阵子臂2、线路板4；馈电电缆6作用是为了馈送信号到应用设备。

图6可见，螺旋渐变阵子臂2渐变线结构增加了电流分布，更利于阻抗匹配和带宽拓展(利于信号的收发，渐变型阵子臂相比较于常规阵子臂，电流分布更加平缓，末端电流分布更多，从而阻抗变化剧烈程度降低，对应的效果就是良好的阻抗匹配或者更宽的带宽性能)。图7可见，螺旋渐变阵子臂2渐变线结构可明显拓展工作且增加匹配性能(利于信号的收发，由图7点后对比结构可以看出当采用了新型渐变阵子臂后S11性能不管是谐振的最深点亦或10dB带宽都明显得到改善，进一步说明了图6结构的优势性)。图8可见，通过调整渐变结构的倾斜角度来优化轴比，选取适当的螺旋渐变阵子臂2角度既可以获得良好的驻波又可获得良好的轴比性能(利于信号的收发，驻波比解释如上，图8倾斜阵子的电流可分解成水平和垂直分量，通过调整渐变端的宽度和倾斜的角度可以调整水平和垂直分量的比值，通过精确地控制各分量的数值即可获得良好的轴比特性)。图9可见，展示了3D辐射方向图6优秀的全向性，可见本发明具有优秀的全向性，收发信号效果更好(更好的全向辐射特性说明天线能接收或者发射来自水平360度方向的信号，从而避免了信号的覆盖死角，能够更好的覆盖通信区域)。图10展示了本新型的驻波比性能(优秀的驻波比表征了天线对馈入信号的反射较小，即尽可能多地将有用信号辐射出去，从而提高系统的工作效率，同时较低的驻波比也能避免整机系统被过高的反射能量烧毁的可能性)。图11展示了本新型的轴比性能(轴比指标是圆极化天线的一个重要参数，轴比越低代表该圆极化性能越纯粹，辐射出的信号接近圆极化波。高的轴比将会导致天线辐射性能降低，有用信号不能完全被辐射出去导致极化损失，从而降低整体系统的效率)。图12展示了本新型的水平面瓣宽性能(提高水平面瓣宽性能，同图9解释相同)。图13展示了本新型的垂直面瓣宽性能(给出了垂直面方向性能图)。图14展示了本新型的辐射效率(结合上述分析，辐射效率的提高来自于良好的驻波匹配以及良好的轴比性能，通过优化这两个参数即可提高辐射效率)。

图2-14中，通过上述所有技术方案，本实用新型将传统的四叶草全向圆极化天线改为立体螺旋天线，通过螺旋天线渐变式结构，实现了全向圆极化天线的小型化和宽带化，保持了高增益高轴比的特性基础上，还降低了天线的高度、实现了低剖面；由于外形变小且重量轻、能方便安装在应用终端上使用，解决了目前常规天线尺寸较大，重量较重无法有效与现有小型化设备集成的问题，应用范围更广；采用柔性线路板工艺加工线路，替代了传统全向圆极化天线的镭雕或者钣金工艺，相对降低了设计成本，实现了低成本化和轻量化，并依托于成熟的柔性电路板工艺，大大提到了生产效率和产品一致性。本新型应用于终端设备能取得更好数据收发效果。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征及本实用新型的优点，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种柔性渐变全向圆极化天线，其特征在于，包括平行馈电板、螺旋渐变阵子臂、天线罩、柔性线路板；所述平行馈电板的具有多个开孔、多个开孔中间有固定孔，螺旋渐变阵子臂具有多只，螺旋渐变阵子臂是弧形结构，天线罩有至少两只，每只天线罩包括限位板和连接柱，限位板一端和连接柱安装在一起；所述其中多只螺旋渐变阵子臂的下端、另外多只螺旋渐变阵子臂的上端分别安装在一起，且其中多只螺旋渐变阵子臂的上端、另外多只螺旋渐变阵子臂的下端分别位于平行馈电板多个开孔内并安装在一起；所述柔性线路板是中空结构，多只螺旋渐变阵子臂的外侧分别安装在线路板的内侧端，线路板、螺旋渐变阵子臂、馈电板安装在两只天线罩之间；所述其中多只螺旋渐变阵子臂的下端和一根馈电电缆连接。

2.根据权利要求1所述的一种柔性渐变全向圆极化天线，其特征在于，平行馈电板其中一个开孔内上端及下端相连的其中一只及另外一只螺旋渐变阵子臂组成的形状是半圆弧形。

3.根据权利要求1所述的一种柔性渐变全向圆极化天线，其特征在于，天线罩、柔性线路板是绝缘材质。

4.根据权利要求1所述的一种柔性渐变全向圆极化天线，其特征在于，螺旋渐变阵子臂是铜制材质材料，为片状结构。

5.根据权利要求1所述的一种柔性渐变全向圆极化天线，其特征在于，限位板的外径大于柔性线路板的外径。

6.根据权利要求1所述的一种柔性渐变全向圆极化天线，其特征在于，两只天线罩组成的外径是10-12*7-8mm之间。