技术领域

[0001] 本实用新型涉及卫星通信技术领域， 尤其涉及一种应用卫星导航系统的双频四 臂螺旋天线。

背景技术

[0002] 未来的卫星导航系统间将会实现兼容运行， 实现一定程度的资源共享， 并且建 立起联合导航体系， 进一步提高导航精度。 相较于单一的卫星导航系统， 同一 地区空间内的可见卫星数量增多， 所以集成多个卫星导航系统的多系统兼容导 航系统可以使定位精度、 可靠性、 安全性、 连续性、 效率大幅提高， 这使得多 系统兼容导航成为未来卫星导航发展的趋势。

[0003] 天线系统作为卫星系统组成中非常重要的一部 分， 可以实现卫星与地面之间的 相互通信， 以及地面对卫星的遥控和遥测指令的发送等， 因此， 天线系统的稳 定性及可靠性很大程度上决定了卫星是否能成 功执行预定的任务， 可以看出天 线性能的优劣对导航系统的性能有着巨大的影 响。 所以卫星天线的设计也成为 一个至关重要的研究课题。 四臂螺旋天线较于微带天线虽具有体积大的不 利因 素， 但它具有较好的方向性广角圆极化特性。 所以， 四臂螺旋天线的研究日益 受到关注， 特别是应用于多系统兼容卫星导航中的四臂螺 旋天线极受热捧。 对 于现有的四臂螺旋天线实现多频技术， 需要使用两个或多个谐振在不同频率的 四臂螺旋天线相互叠放或内外组合放置来达到 多频的目的。

技术问题

[0004] 本实用新型的主要目的提供一种双频四臂螺旋 天线， 旨在解决现有技术中的四 臂螺旋天线的双频特性与圆极化特性不佳的技 术问题。

问题的解决方案

技术解决方案

[0005] 为实现上述目的， 本实用新型提供了一种双频四臂螺旋天线， 包括 PCB板、 圆 筒状介质体和设置在 PCB板下表面的天线金属地， 所述圆筒状介质体的侧壁外表 面螺旋式环绕印制有四个单极子辐射臂， 每一个单极子辐射臂的末端设置有一 个金属铜柱， 所述圆筒状介质体的底部通过四个金属铜柱固 定在 PCB板上， 每一 个单极子辐射臂包括第一耦合线、 第二耦合线、 第一微带线和第二微带线， 其 中：

[0006] 所述第一耦合线的连接端连接至第一微带线的 一端使第一耦合线与第一微带线 形成 L形或准 L形的形状， 所述第一微带线的另一端连接一个所述金属铜 柱；

[0007] 所述第二耦合线的连接端连接至第二微带线的 一端使第二耦合线与第二微带线 形成 L形或准 L形的形状， 所述第二微带线的另一端连接至第一微带线与 第一耦 合线的连接处；

[0008] 所述第一耦合线和第二耦合线均为宽度渐变式 长条状结构， 所述第一微带线和 第二微带线为矩形结构；

[0009] 所述四个金属铜柱等距离对称设置在圆筒状介 质体的底部圆周上并固定在 PCB 板上， PCB板在连接四个金属铜柱的位置处腐蚀有四个 圆孔， 圆孔的半径大于金 属铜柱的半径， 四个金属铜柱通过四个圆孔从 PCB板的上表面穿透至 PCB板的下 表面并没有与所述天线金属地接触；

[0010] 所述圆筒状介质体的圆筒内填充有塑料泡沫。

[0011] 优选的， 所述第一耦合线的长度为 L _a

= 147.8mm， 第一耦合线的自由端的宽度 W _a =15mm， 第一耦合线的连接端的宽度 等于第一微带线的宽度， 均为 W。=10mm。

[0012] 优选的， 所述第二耦合线的长度为 L _b =101mm， 第二耦合线的自由端的宽度 W b=15mm， 第二耦合线的连接端的宽度等于第二微带线的 宽度， 均为 W _d =5mm。

[0013] 优选的， 所述第一微带线的长度为 L。=23mm， 第一微带线的宽度为 W。=10mm

， 第二微带线的长度为 L _d =27.5mm， 第二微带线的宽度为 W _d =5mm。

[0014] 优选的， 所述第一耦合线、 第二耦合线、 第一微带线和第二微带线的厚度均为

35um。

[0015] 优选的， 所述圆筒状介质体的圆筒半径为 7〜10cm。

[0016] 优选的， 所述天线金属地为设置在 PCB板下表面的敷铜金属片。

发明的有益效果 有益效果

[0017] 相较于现有技术， 本实用新型所述双频四臂螺旋天线采用圆筒状 介质体的侧壁 表面设置四个单极子辐射臂， 具有良好的方向图特性和圆极化特性， 并且能够 改善天线增益； 同吋， 采用两根不等长的耦合线作为单极子辐射臂， 设计者通 过改变两根耦合线的长度设计可以使天线同吋 工作在两个不同的工作频率上， 从而实现天线的双频特性。

对附图的简要说明

附图说明

[0018] 图 1是本实用新型双频四臂螺旋天线优选实施例� �立体结构示意图；

[0019] 图 2是本实用新型双频四臂螺旋天线中一个单极� �辐射臂的平面结构示意图； [0020] 图 3是本实用新型双频四臂螺旋天线中一个单极� �辐射臂的平面尺寸示意图； [0021] 图 4是本实用新型双频四臂螺旋天线的辐射臂的� �长变化吋对应的反射系数第 一示意图；

[0022] 图 5是本实用新型双频四臂螺旋天线的辐射臂的� �长变化吋对应的反射系数第 二示意图。

[0023] 本实用新型目的实现、 功能特点及优点将结合实施例， 将在具体实施方式部分 一并参照附图做进一步说明。

实施该发明的最佳实施例

本发明的最佳实施方式

[0024] 为更进一步阐述本实用新型为达成上述目的所 采取的技术手段及功效， 以下结 合附图及较佳实施例， 对本实用新型的具体实施方式、 结构、 特征及其功效进 行详细说明。 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用 新型， 并不用于限定本实用新型。

[0025] 参照图 1所示， 图 1是本实用新型双频四臂螺旋天线优选实施例� �立体结构示意 图。 在本实施例中， 所述双频四臂螺旋天线包括 PCB板 1、 天线金属地 10和圆筒 状介质体 20， 所述天线金属地设置在 PCB板 1的下表面， 所述圆筒状介质体 20的 侧壁外表面设置有四个单极子辐射臂 30 (图 1中仅示出圆筒状介质体 20前面两个 单极子辐射臂 30， 后面两个未能示出） 。 每一个单极子辐射臂 30的末端设置有 一个金属铜柱 40， 所述圆筒状介质体 20的底部通过四个金属铜柱 40固定在 PCB板 1上。 在本实施例中， 四个金属铜柱 40等距离对称设置在圆筒状介质体 20的底部 圆周上并固定在 PCB板 1上。 所述天线金属地 10为设置在 PCB板 1下表面的敷铜金 属片， PCB板 1在连接四个金属铜柱 40的位置处腐蚀有四个圆孔 41用以馈电， 圆 孔 41的半径大于金属铜柱 40的半径， 四个金属铜柱 40通过四个圆孔 41从 PCB板 1 的上表面穿透至 PCB板 1的下表面， 并没有与所述天线金属地 10接触。

[0026] 在本实施例中， PCB板 1采用具体的板材类型为 RO4350B , 其中相对介电常数 3.

48， 板厚为 0.762mm。 所述圆筒状介质体 20由柔软轻薄的介质板制成， 具体的板 材类型为 FR4型的介质板， 其中相对介电常数 2.2， 厚度为 0.2mm， 将介质板弯曲 成中空的圆筒状介质体 20， 所述四个单极子辐射臂 30螺旋式环绕印制在圆筒状 介质体 20的侧壁外表面上。 所述圆筒状介质体 20的圆筒半径优选为 7〜10cm， 该 圆筒状介质体 20内填充有塑料泡沫， 用来固定和支撑天线， 并能改善天线增益 。 四个金属铜柱 40作为四臂螺旋天线的四个输入端口， 四个金属铜柱 40等距离 对称设置在圆筒状介质体 20的底部圆周上， 每个端口输入的信号幅度相同且相 位依次相差 90度， 所以具有良好的天线方向图特性和圆极化特性 ， 可以有效对 抗信号多径衰弱效应。

[0027] 参照图 2所示， 图 2是本实用新型双频四臂螺旋天线中一个单极� �辐射臂的平面 结构示意图。 在本实施例中， 每一个单极子辐射臂 30包括第一耦合线 31、 第二 耦合线 32、 第一微带线 33和第二微带线 34。 其中， 第一耦合线 31的连接端连接 至第一微带线 33的一端使第一耦合线 31与第一微带线 33形成 L形或准 L形的形状 ， 第二耦合线 32的连接端连接至第二微带线 34的一端使第二耦合线 32与第二微 带线 34形成 L形或准 L形的形状， 第二微带线 34的另一端连接至第一微带线 33与 第一耦合线 31的连接处。 本实施例中定义的准 L形为整体上近似于 L形， 例如， 第一耦合线 31与第一微带线 33形成准 L形形状吋， 两者之间的夹角略大于 90度； 第二耦合线 32与第二微带线 34形成准 L形形状吋， 两者之间的夹角略大于 90度。

[0028] 所述第一耦合线 31和第二耦合线 32均为宽度渐变式长条状结构的金属铜片。 本 实用新型定义第一耦合线 31的宽度渐变式长条状结构是指第一耦合线 31的宽度 沿着第一耦合线 31的自由端到第一耦合线 31的连接端逐渐变窄的形状结构， 第 二耦合线 32的宽度渐变式长条状结构是指第二耦合线 32的宽度沿着第二耦合线 3 2的自由端到第二耦合线 32的连接端的的形状结构。 在本实施例中， 第一耦合线 31的连接端是指连接到第一微带线 33的一端， 第一耦合线 31的自由端是指未连 接到第一微带线 33的一端； 第二耦合线 32的连接端是指连接到第二微带线 34的 一端， 第二耦合线 32的自由端是指未连接到第二微带线 34的一端。

[0029] 参照图 3所示， 图 3是本实用新型双频四臂螺旋天线中一个单极� �辐射臂的平面 结构示意图。 本本实施例以工作在 GPS卫星导航系统的工作频段和北斗二号卫星 导航系统的工作频段来实现天线的双频特性为 例， 通过具体的实施例来说明第 一耦合线 31、 第二耦合线 32、 第一微带线 33和第二微带线 34的长度和宽度。

[0030] 在本实施例中， 所述第一耦合线 31和第二耦合线 32为宽度渐变式长条状结构的 金属铜片， 构成第一耦合线 31和第二耦合线 32的金属铜片的厚度均为 35um。 其 中， 第一耦合线 31的长度为1^=147.81^^ 第一耦合线 31的自由端的宽度\¥ = 15mm， 第一耦合线 31的连接端的宽度等于第一微带线 33的宽度， 均为 W。 = 10mm; 第二耦合线 32的长度为 L _b =101mm， 第二耦合线 32的自由端的宽度 W _b = 15mm， 第二耦合线 32的连接端的宽度等于第二微带线 34的宽度， 均为 W _d =5mm。

[0031] 在本实施例中， 第一微带线 33和第二微带线 34为矩形结构的金属铜片， 构成第 一微带线 33和第二微带线 34的金属铜片的厚度均为 35um。 其中， 第一微带线 33 的长度为!^=23!! ₁₁ 1， 第一微带线 33的宽度为\¥。

= 10mm; 第二微带线 33的长度为 L _d =27.5mm， 第二微带线 34的宽度为 W _d =5mm

[0032] 参照图 4所示， 图 4是本实用新型双频四臂螺旋天线的单极子辐� �臂的臂长变化 吋对应的反射系数第一示意图。 如图 4所示， 当固定第二耦合线 32的长度 L _b = 101mm吋， La分别等于 147.8mm、 158.7mm和 169.6mm吋， 图 4反应了单极子辐 射臂 30的第一耦合线 31的长度发生变化吋所对应的反射系数的变化� �� 同吋从图 4 中可以看出， 当第一耦合线 31的长度！^变大吋， 高频谐振点几乎没有变化， 低 频谐振点向低频移动， 即从 1.19GHz移动到 1.09GHz。

[0033] 参照图 5所示， 图 5是本实用新型双频四臂螺旋天线的单极子辐� �臂的臂长变化 吋对应的反射系数第二示意图。 如图 5所示， 当固定第一耦合线 31的长度 L _a = 147.8mm吋， L _b 分别等于 101mm、 98.8mm和 92.5mm吋， 图 5反应了单极子辐射 臂 30的第二耦合线 32的长度发生变化吋所对应的反射系数的变化� �� 同吋从图 5中 可以看出， 当第二耦合线 32的长度 L _b 变小吋， 低频谐振点几乎没有变化， 高频 谐振点向高频移动， 即从 1.58GHz移动到 1.69GHz。

[0034] 根据图 4和图 5可知， 设计者可以通过改变构成每一个单极子辐射臂 30的两根耦 合线的长度 L nL _b 设计， 就可以使天线同吋工作在两个不同的工作频率 上。 由 于采用圆筒状介质体 20的侧表面设置四个单极子辐射臂 30， 且采用两根不等长 的耦合线作为单极子辐射臂 30， 因此使天线具有良好的双频特性。

[0035] 本实用新型所述双频四臂螺旋天线通过采用圆 筒状介质体 20的侧表面设置四个 单极子辐射臂 30， 具有很好的方向图特性和圆极化特性， 并且能够改善天线增 益； 同吋， 采用两根不等长的耦合线作为单极子辐射臂 30， 设计者通过改变两 根耦合线的长度设计可以使天线同吋工作在两 个不同的工作频率上， 实现天线 的双频特性， 可以广泛应用于卫星导航系统中。

[0036] 以上仅为本实用新型的优选实施例， 并非因此限制本实用新型的专利范围， 凡 是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等 效结构或等效功能变换， 或直接 或间接运用在其他相关的技术领域， 均同理包括在本实用新型的专利保护范围 内。

工业实用性

[0037] 相较于现有技术， 本实用新型所述双频四臂螺旋天线采用圆筒状 介质体的侧壁 表面设置四个单极子辐射臂， 具有良好的方向图特性和圆极化特性， 并且能够 改善天线增益； 同吋， 采用两根不等长的耦合线作为单极子辐射臂， 设计者通 过改变两根耦合线的长度设计可以使天线同吋 工作在两个不同的工作频率上， 从而实现天线的双频特性。