本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有圓極化特性的四臂螺旋天線。

背景技術(shù)：

未來的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)間將會實現(xiàn)兼容運行，實現(xiàn)一定程度的資源共享，并且建立起聯(lián)合導(dǎo)航體系，進一步提高導(dǎo)航精度。相較于單一的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，同一地區(qū)空間內(nèi)的可見衛(wèi)星數(shù)量增多，所以集成多個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的多系統(tǒng)兼容導(dǎo)航系統(tǒng)可以使定位精度、可靠性、安全性、連續(xù)性、效率大幅提高，這使得多系統(tǒng)兼容導(dǎo)航成為未來衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展的趨勢。

天線系統(tǒng)作為衛(wèi)星系統(tǒng)組成中非常重要的一部分，可以實現(xiàn)衛(wèi)星與地面之間的相互通信，以及地面對衛(wèi)星的遙控和遙測指令的發(fā)送等，因此，天線系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性很大程度上決定了衛(wèi)星是否能成功執(zhí)行預(yù)定的任務(wù)，可以看出天線性能的優(yōu)劣對導(dǎo)航系統(tǒng)的性能有著巨大的影響。所以衛(wèi)星天線的設(shè)計也成為一個至關(guān)重要的研究課題。四臂螺旋天線較于微帶天線雖具有體積大的不利因素，但它具有良好的方向圖特性、優(yōu)良的廣角圓極化特性。所以，四臂螺旋天線的研究日益受到關(guān)注，特別是應(yīng)用于多系統(tǒng)兼容衛(wèi)星導(dǎo)航中的四臂螺旋天線極受熱捧。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的提供一種具有圓極化特性的四臂螺旋天線，旨在解決現(xiàn)有的四臂螺旋天線的圓極化特性不佳的技術(shù)問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種具有圓極化特性的四臂螺旋天線，包括pcb板、圓筒狀介質(zhì)體和天線金屬地，所述天線金屬地設(shè)置在pcb板的下表面，所述圓筒狀介質(zhì)體的側(cè)壁外表面螺旋式環(huán)繞印制有四個單極子輻射臂，每一個單極子輻射臂的末端設(shè)置有一個金屬銅柱，所述圓筒狀介質(zhì)體的底部通過四個金屬銅柱固定在pcb板上，每一個單極子輻射臂包括第一耦合線、第二耦合線、第一微帶線和第二微帶線，其中：

所述第一耦合線的連接端連接至第一微帶線的一端使第一耦合線與第一微帶線形成l形或準l形的形狀，所述第一微帶線的另一端連接一個所述金屬銅柱；

所述第二耦合線的連接端連接至第二微帶線的一端使第二耦合線與第二微帶線形成l形或準l形的形狀，所述第二微帶線的另一端連接至第一微帶線與第一耦合線的連接處；

所述四個金屬銅柱等距離對稱設(shè)置在圓筒狀介質(zhì)體的底部圓周上，四個金屬銅柱作為具有圓極化特性的四臂螺旋天線的四個輸入端口，每個輸入端口輸入的信號幅度相同且相位依次相差90度。

優(yōu)選的，所述第一耦合線的長度為la＝147.8mm，第一耦合線的自由端的寬度wa＝15mm，第一耦合線的連接端的寬度等于第一微帶線的寬度，均為wc＝10mm。

優(yōu)選的，所述第二耦合線的長度為lb＝101mm，第二耦合線的自由端的寬度wb＝15mm，第二耦合線的連接端的寬度等于第二微帶線的寬度，均為wd＝5mm。

優(yōu)選的，所述第一微帶線的長度為lc＝23mm，第一微帶線的寬度為wc＝10mm，第二微帶線的長度為ld＝27.5mm，第二微帶線的寬度為wd＝5mm。

優(yōu)選的，所述構(gòu)成第一耦合線、第二耦合線、第一微帶線和第二微帶線的金屬銅片的厚度均為35um。

優(yōu)選的，所述圓筒狀介質(zhì)體的圓筒半徑為7～10cm。

優(yōu)選的，所述圓筒狀介質(zhì)體的圓筒內(nèi)填充有塑料泡沫。

優(yōu)選的，所述天線金屬地為設(shè)置在pcb板下表面的敷銅金屬片。

優(yōu)選的，所述pcb板在連接四個金屬銅柱的位置處腐蝕有四個圓孔用以饋電，四個金屬銅柱通過四個圓孔從pcb板的上表面穿透至pcb板的下表面并沒有與所述天線金屬地接觸。

優(yōu)選的，所述pcb板的相對介電常數(shù)，板厚為0.762mm，所述圓筒狀介質(zhì)體采用板材類型為fr4型的介質(zhì)板制成，相對介電常數(shù)2.2，厚度為0.2mm。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述具有圓極化特性的四臂螺旋天線采用圓筒狀介質(zhì)體的側(cè)壁表面設(shè)置四個單極子輻射臂，四個金屬銅柱等距離對稱設(shè)置在圓筒狀介質(zhì)體的底部圓周上，四個金屬銅柱作為具有圓極化特性的四臂螺旋天線的四個輸入端口，每個輸入端口輸入的信號幅度相同且相位依次相差90度，具有良好的天線方向圖特性和圓極化特性，可以有效對抗信號多徑衰弱效應(yīng)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明具有圓極化特性的四臂螺旋天線優(yōu)選實施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明具有圓極化特性的四臂螺旋天線中一個單極子輻射臂的平面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明具有圓極化特性的四臂螺旋天線中一個單極子輻射臂的平面尺寸示意圖；

圖4是本發(fā)明具有圓極化特性的四臂螺旋天線的輻射臂的臂長變化時對應(yīng)的反射系數(shù)第一示意圖；

圖5是本發(fā)明具有圓極化特性的四臂螺旋天線的輻射臂的臂長變化時對應(yīng)的反射系數(shù)第二示意圖。

本發(fā)明目的實現(xiàn)、功能特點及優(yōu)點將結(jié)合實施例，將在具體實施方式部分一并參照附圖做進一步說明。

具體實施方式

為更進一步闡述本發(fā)明為達成上述目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對本發(fā)明的具體實施方式、結(jié)構(gòu)、特征及其功效進行詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

參照圖1所示，圖1是本發(fā)明具有圓極化特性的四臂螺旋天線優(yōu)選實施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖。在本實施例中，所述四臂螺旋天線包括pcb板1、天線金屬地10和圓筒狀介質(zhì)體20，所述天線金屬地設(shè)置在pcb板1的下表面，所述圓筒狀介質(zhì)體20的側(cè)壁外表面設(shè)置有四個單極子輻射臂30(圖1中僅示出圓筒狀介質(zhì)體20前面兩個單極子輻射臂30，后面兩個未能示出)。每一個單極子輻射臂30的末端設(shè)置有一個金屬銅柱40，所述圓筒狀介質(zhì)體20的底部通過四個金屬銅柱40固定在pcb板1上。在本實施例中，四個金屬銅柱40等距離對稱設(shè)置在圓筒狀介質(zhì)體20的底部圓周上并固定在pcb板1上。所述天線金屬地10為設(shè)置在pcb板1下表面的敷銅金屬片，pcb板1在連接四個金屬銅柱40的位置處腐蝕有四個圓孔41用以饋電，圓孔41的半徑大于金屬銅柱40的半徑，四個金屬銅柱40通過四個圓孔41從pcb板1的上表面穿透至pcb板1的下表面，并沒有與所述天線金屬地10接觸。

在本實施例中，pcb板1采用具體的板材類型為ro4350b，其中相對介電常數(shù)3.48，板厚為0.762mm。所述圓筒狀介質(zhì)體20由柔軟輕薄的介質(zhì)板制成，具體的板材類型為fr4型的介質(zhì)板，其中相對介電常數(shù)2.2，厚度為0.2mm，將介質(zhì)板彎曲成中空的圓筒狀介質(zhì)體20，所述四個單極子輻射臂30螺旋式環(huán)繞印制在圓筒狀介質(zhì)體20的側(cè)壁外表面上。所述圓筒狀介質(zhì)體20的圓筒半徑優(yōu)選為7～10cm，該圓筒狀介質(zhì)體20內(nèi)填充有塑料泡沫，用來固定和支撐天線，并能改善天線增益。四個金屬銅柱40作為四臂螺旋天線的四個輸入端口，四個金屬銅柱40等距離對稱設(shè)置在圓筒狀介質(zhì)體20的底部圓周上，每個端口輸入的信號幅度相同且相位依次相差90度，所以具有良好的天線方向圖特性和圓極化特性，可以有效對抗信號多徑衰弱效應(yīng)。

參照圖2所示，圖2是本發(fā)明具有圓極化特性的四臂螺旋天線中一個單極子輻射臂的平面結(jié)構(gòu)示意圖。在本實施例中，每一個單極子輻射臂30包括第一耦合線31、第二耦合線32、第一微帶線33和第二微帶線34。其中，第一耦合線31的連接端連接至第一微帶線33的一端使第一耦合線31與第一微帶線33形成l形或準l形的形狀，第二耦合線32的連接端連接至第二微帶線34的一端使第二耦合線32與第二微帶線34形成l形或準l形的形狀，第二微帶線34的另一端連接至第一微帶線33與第一耦合線31的連接處。本實施例中定義的準l形為整體上近似于l形，例如，第一耦合線31與第一微帶線33形成準l形形狀時，兩者之間的夾角略大于90度；第二耦合線32與第二微帶線34形成準l形形狀時，兩者之間的夾角略大于90度。

所述第一耦合線31和第二耦合線32均為寬度漸變式長條狀結(jié)構(gòu)的金屬銅片。本發(fā)明定義第一耦合線31的寬度漸變式長條狀結(jié)構(gòu)是指第一耦合線31的寬度沿著第一耦合線31的自由端到第一耦合線31的連接端逐漸變窄的形狀結(jié)構(gòu)，第二耦合線32的寬度漸變式長條狀結(jié)構(gòu)是指第二耦合線32的寬度沿著第二耦合線32的自由端到第二耦合線32的連接端的的形狀結(jié)構(gòu)。在本實施例中，第一耦合線31的連接端是指連接到第一微帶線33的一端，第一耦合線31的自由端是指未連接到第一微帶線33的一端；第二耦合線32的連接端是指連接到第二微帶線34的一端，第二耦合線32的自由端是指未連接到第二微帶線34的一端。

參照圖3所示，圖3是本發(fā)明具有圓極化特性的四臂螺旋天線中一個單極子輻射臂的平面結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明以工作gps衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的工作頻段和北斗二號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的工作頻段的四臂螺旋天線為例，通過具體的實施例來說明第一耦合線31、第二耦合線32、第一微帶線33和第二微帶線34的長度和寬度。

在本實施例中，所述第一耦合線31和第二耦合線32為寬度漸變式長條狀結(jié)構(gòu)的金屬銅片，構(gòu)成第一耦合線31和第二耦合線32的金屬銅片的厚度均為35um。其中，第一耦合線31的長度為la＝147.8mm，第一耦合線31的自由端的寬度wa＝15mm，第一耦合線31的連接端的寬度等于第一微帶線33的寬度，均為wc＝10mm；第二耦合線32的長度為lb＝101mm，第二耦合線32的自由端的寬度wb＝15mm，第二耦合線32的連接端的寬度等于第二微帶線34的寬度，均為wd＝5mm。

在本實施例中，第一微帶線33和第二微帶線34為矩形結(jié)構(gòu)的金屬銅片，構(gòu)成第一微帶線33和第二微帶線34的金屬銅片的厚度均為35um。其中，第一微帶線33的長度為lc＝23mm，第一微帶線33的寬度為wc＝10mm；第二微帶線33的長度為ld＝27.5mm，第二微帶線34的寬度為wd＝5mm。

參照圖4所示，圖4是本發(fā)明具有圓極化特性的四臂螺旋天線的單極子輻射臂的臂長變化時對應(yīng)的反射系數(shù)第一示意圖。如圖4所示，當固定第二耦合線32的長度lb＝101mm時，第一耦合線31的長度la分別等于147.8mm、158.7mm和169.6mm時，圖4反應(yīng)了單極子輻射臂30的第一耦合線31的長度發(fā)生變化時所對應(yīng)的反射系數(shù)的變化。同時從圖4中可以看出，當?shù)谝获詈暇€31的長度la變大時，高頻諧振點幾乎沒有變化，低頻諧振點向低頻移動，即從1.19ghz移動到1.09ghz。

參照圖5所示，圖5是本發(fā)明具有圓極化特性的四臂螺旋天線的單極子輻射臂的臂長變化時對應(yīng)的反射系數(shù)第二示意圖。如圖5所示，當固定第一耦合線31的長度la＝147.8mm時，第二耦合線32的長度lb分別等于101mm、98.8mm和92.5mm時，圖5反應(yīng)了單極子輻射臂30的第二耦合線32的長度發(fā)生變化時所對應(yīng)的反射系數(shù)的變化。同時從圖5中可以看出，當?shù)诙詈暇€32的長度lb變小時，低頻諧振點幾乎沒有變化，高頻諧振點向高頻移動，即從1.58ghz移動到1.69ghz。

根據(jù)圖4和圖5可知，設(shè)計者可以通過改變構(gòu)成每一個單極子輻射臂30的兩根耦合線的長度la和lb設(shè)計，就可以使天線同時工作在兩個不同的工作頻率上，可以廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中。

本發(fā)明所述四臂螺旋天線通過采用圓筒狀介質(zhì)體20的側(cè)表面設(shè)置四個單極子輻射臂30，采用兩根不等長的耦合線作為單極子輻射臂30，四個金屬銅柱40等距離對稱設(shè)置在圓筒狀介質(zhì)體的底部圓周上，四個金屬銅柱40作為四臂螺旋天線的四個輸入端口，每個輸入端口輸入的信號幅度相同且相位依次相差90度，不僅使天線具有良好的方向圖特性和圓極化特性，可以有效對抗信號多徑衰弱效應(yīng)，而且具有很好的天線增益。

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效功能變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。