[0001] 本实用新型涉及卫星通信技术领域， 尤其涉及一种具有双频宽带功能的四臂螺 旋天线。

背景技术

[0002] 近年来， 随着卫星导航、 卫星通信的快速发展和广泛应用， 四臂螺旋天线作为 这些系统的前端设备， 其性能指标的优劣， 对于卫星通信手持终端和射频识别 读卡设备的性能起着极其重要的作用。 另外， 为了便于卫星通信终端和射频识 别系统的大规模推广应用， 系统的经济成本和体积大小都是至关重要的考 虑因 素， 作为其中重要部件的圆极化天线， 在保证较高性能指标的前提下， 必须具 备成本低廉、 结构紧凑和体积小巧的特点。 在对四臂螺旋天线的馈电网络进行 馈电吋， 需要对馈电网络进行设计。 由于现在的四臂螺旋天线都需要多频化、 宽带化、 小型化。 而现有的馈电网络体积庞大， 不利于四臂螺旋天线射频前端 的集成。 而且大多工作在单一频点， 不利于在多频或宽带条件下工作。

技术问题

[0003] 本实用新型的主要目的提供一种具有双频宽带 功能的四臂螺旋天线， 旨在解决 现有的馈电网络体积庞大， 不利于四臂螺旋天线射频前端的集成， 而且大多工 作在单一频点， 不利于在多频或宽带条件下工作的技术问题。

问题的解决方案

技术解决方案

[0004] 为实现上述目的， 本实用新型提供了一种具有双频宽带功能的四 臂螺旋天线， 包括圆柱形辐射体和馈电网络， 所述圆柱形辐射体的外表面设置有四条螺旋辐 射臂， 每一条螺旋辐射臂的一端设置有一个金属柱， 所述馈电网络包括同轴连 接器、 第一端口、 第二端口、 第三端口、 第四端口、 第一双频耦合器和第二双 频耦合器， 其中：

[0005] 四条螺旋辐射臂通过各自的金属柱依次连接在 第一端口的输出端、 第二端口的 输出端、 第三端口的输出端、 第四端口的输出端；

[0006] 同轴连接器的信号线连接至第一双频耦合器的 输入端， 同轴连接器的地线连接 至第二双频耦合器的输入端；

[0007] 第一双频耦合器的直通端连接至第一端口的输 入端， 第一双频耦合器的耦合端 连接至第二端口的输入端， 第一双频耦合器的隔离端连接至第一电阻；

[0008] 第二双频耦合器的直通端连接至第四端口的输 入端， 第二双频耦合器的耦合端 连接至第三端口的输入端， 第二双频耦合器的隔离端连接至第二电阻。

[0009] 优选的， 所述每一条螺旋辐射臂由两根微带线构成， 其中第二根微带线呈 L型 且与第一根微带线连接。

[0010] 优选的， 所述同轴连接器、 第一端口、 第二端口、 第三端口和第四端口的阻抗 均为 50Ω。

[0011] 优选的， 所述第一电阻和第二电阻的电阻值均为 50Ω。

[0012] 优选的， 所述第一双频耦合器和第二双频耦合器均包括 四个双枝节阻抗匹配器 和一个分支线耦合器， 所述分支线耦合器的四个联接端对应连接四个 双枝节阻 抗匹配器上。

[0013] 优选的， 所述双枝节阻抗匹配器包括传输线 Z1和传输线 Ζ2， 传输线 Z1与传输 线 Ζ2串接。

[0014] 优选的， 所述传输线 Z1的阻抗为 85Ω， 所述传输线 Ζ2的阻抗为 62Ω。

[0015] 优选的， 所述分支线耦合器包括两节传输线 Ζ3和两节传输线 Ζ4， 所述传输线 Ζ

3和传输线 Ζ4交替串接成环状结构。

[0016] 优选的， 所述传输线 Ζ3的阻抗为 24Ω， 所述传输线 Ζ4的阻抗为 33Ω。

发明的有益效果

有益效果

[0017] 相较于现有技术， 本实用新型所述具有双频宽带功能的四臂螺旋 天线采用上述 技术方案， 达到了如下技术效果： 由于馈电网络可以为四臂螺旋天线分别提供 等幅的 0°、 -90°、 -180°和 -270°移相， 使得四臂螺旋天线可以获得优良的圆极化 性能。 通过对耦合器的合理布设， 实现馈电网络的小型化。 此外， 通过馈电网 络的双频耦合器的阻抗匹配实现双频特性， 如果两个频点挨得比较近， 可以实 现宽带特性。

对附图的简要说明

附图说明

[0018] 图 1是本实用新型具有双频宽带功能的四臂螺旋� �线优选实施例的立体结构示 意图；

[0019] 图 2是本实用新型具有双频宽带功能的四臂螺旋� �线的辐射体的平面展幵示意 图；

[0020] 图 3是本实用新型具有双频宽带功能的四臂螺旋� �线的馈电网络的电路示意图

[0021] 图 4是本实用新型具有双频宽带功能的四臂螺旋� �线的馈电网络的 S参数仿真结 果示意图；

[0022] 图 5是本实用新型具有双频宽带功能的四臂螺旋� �线的馈电网络的相位差仿真 结果示意图。

[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是本实用新型具有双频宽带功能的四臂螺旋� �线优选实施例 的立体结构示意图。 在本实施例中， 所述具有双频宽带功能的四臂螺旋天线包 括馈电网络 10和圆柱形辐射体 20， 所述圆柱形辐射体 20的外表面设置有四条螺 旋辐射臂 30， 每一条螺旋辐射臂 30的一端设置有一个金属柱 40。 四条螺旋辐射 臂 30通过各自的金属柱 40依次连接在馈电网络 10的四个端口 （参考图 3所示的第 一端口 Pl、 第二端口 P2、 第三端口 P3、 第四端口 P4) 的输出端， 所述馈电网络 1 0集成在 PCB板上。 PCB板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。

[0026] 参考图 2所示， 图 2是本实用新型具有双频宽带功能的四臂螺旋� �线的辐射体的 平面展幵示意图。 所述圆柱形辐射体 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， 将介质板弯曲成中空的圆柱形 辐射体 20。 四条螺旋辐射臂 30印制在圆柱形辐射体 20的介质板上， 优选的， 相 邻两条螺旋辐射臂 30之间的垂直距离 L0为 51mm。 每一条螺旋辐射臂 30由两根微 带线组成， 第二根微带线呈 L型并与第一根微带线连接。 其中， 第一根微带线的 长度 L1为 142mm、 宽度 L2为 12mm， 第二根微带线呈 L型的 L4长度为 138mm、 宽 度 L5为 5mm。 第一根微带线和第二根微带线之间的连接长度 L3为 10.5mm。

[0027] 参照图 3所示， 图 3是图 1中所示的馈电网络 10优选实施例的电路示意图。 在本 实施例中， 所述的馈电网络 10包括同轴连接器 P0、 第一端口 Pl、 第二端口 P2、 第三端口 P3、 第四端口 P4、 第一双频耦合器 1和第二双频耦合器 2。 所述同轴连 接器 P0为一个阻抗值为 50Ω的同轴连接器， 作为馈电网络 10的同轴馈电输入端。 在本实施例中， 同轴连接器 P0的信号线连接至第一双频耦合器 1的输入端， 同轴 连接器 P0的地线连接至第二双频耦合器 2的输入端。 其中： 第一双频耦合器 1的 直通端连接至第一端口 P1的输入端、 第一双频耦合器 1的耦合端连接至第二端口 P2的输入端、 第一双频耦合器 1的隔离端连接至第一电阻 Rl。 第二双频耦合器 2 的直通端连接至第四端口 P4的输入端、 第二双频耦合器 2的耦合端连接至第三端 口 P3的输入端、 第二双频耦合器 2的隔离端连接至第二电阻 R2。 所述第一电阻 R1 和第二电阻 R2的电阻值均优选为 50Ω， 所述同轴连接器 Ρ0、 第一端口 Pl、 第二 端口 Ρ2、 第三端口 Ρ3和第四端口 Ρ4的阻抗均优选为 50Ω。

[0028] 所述第一双频耦合器 1和第二双频耦合器 2均包括四个双枝节阻抗匹配器 11和一 个分支线耦合器 12， 所述分支线耦合器 12的四个联接端对应连接至四个双枝节 阻抗匹配器 11上， 即分支线耦合器 12的一个联接端连接一个双枝节阻抗匹配器 1 1。 每一个双枝节阻抗匹配器 11包括一节传输线 Z1和一节传输线 Ζ2， 其中传输线 Z1与传输线 Ζ2串接。 所述分支线耦合器 12包括两节传输线 Ζ3和两节传输线 Ζ4， 所述两节传输线 Ζ3和两节传输线 Ζ4交替串接成环状结构。 在本实施例中， 所述 传输线 Z1的阻抗优选为 85Ω， 传输线 Ζ2的阻抗优选为 62Ω， 传输线 Ζ3的阻抗优选 为 24Ω， 以及传输线 Ζ4的阻抗优选为 33Ω。

[0029] 在本实施例中， 所述第一双频耦合器 1和第二双频耦合器 2均由十二节传输线组 成， 每一节传输线的电长度均为 1/4波长， 即传输线 Zl、 传输线 Ζ2、 传输线 Ζ3和 传输线 Ζ4的电长度都为 1/4波长。 由于分支线耦合器 12的四个联接端对应连接至 四个双枝节阻抗匹配器 11上， 可以在两个频率上实现阻抗变换。 如果这两个频 率间隔很远 （例如等于或大于 1GHz) ， 此吋第一双频耦合器 1和第二双频耦合器 2实现双频特性， 如果这两个频率间隔很近 （例如小于 200MHz) ， 此吋第一双 频耦合器 1和第二双频耦合器 2实现宽带特性。

[0030] 结合图 3所示， 同轴连接器 P0的同轴馈电信号线 （假设为 0°的信号移相） 连接 至第一双频耦合器 1上， 可以实现信号 90°的移相， 即第一端口 P1输出 0°的信号移 相， 第二端口 P2输出 -90°的信号移相， 同轴连接器 P0的同轴馈电的地线， 此吋等 效为 -180°的信号移相。 同轴连接器 P0通过同轴馈电的地线连接到第二双频耦合 器 2后， 也可以实现 90°的信号移相， 即第三端口 P3输出 -180°的信号移相， 端口 P 5输出 -270°的信号移相。

[0031] 参考图 4所示， 图 4是本实用新型具有双频宽带功能的四臂螺旋� �线的馈电网络 的 S参数仿真结果示意图。 从图 4可以看出， 在 1.75GHz到 2.35GHz内， 同轴连接 器 P00的反射系数 IS00I在 -10dB以下， 说明馈电网络 10的相对带宽可以达到 39%， 实现了馈电网络的宽带特性。 当相对于同轴连接器 P00的四个输出端口得到的信 号能量 (如图 2中的 IS 101、 IS20I、 IS30I、 IS40I) 在 -6dB附近， 说明信号能量可以 从同轴连接器 P00被近似于四等分的分配到四个输出端上， 即信号能量可以从同 轴连接器 P00均等地分配到第一端口 Pl、 第二端口 P2、 第三端口 P3和第四端口 P4

[0032] 参考图 5所示， 图 5是本实用新型具有双频宽带功能的四臂螺旋� �线的馈电网络 的相位差仿真结果示意图。 从图 5中可以看出， 相邻端口间的相位差基本稳定在 90°移相附近， 这说明馈电网络 10的四个输出端口 （第一端口 Pl、 第二端口 P2、 第三端口 P3和第四端口 P4) 之间有优良的移相效果。 结合图 4所示， 四个端口之 间输出的信号是等幅， 相位依次相差 90°移相。

[0033] 本实用新型所述具有双频宽带功能的四臂螺旋 天线利用馈电网络为四臂螺旋天 线分别提供等幅的 0°、 -90°、 -180°和 -270°移相， 使得四臂螺旋天线可以获得优 良的圆极化性能。 此外， 通过对馈电网络的双频耦合器的合理布设， 实现馈电 网络的小型化。 通过双频耦合器的阻抗匹配实现双频特性， 如果两个频点挨得 比较近， 可以实现宽带特性。

[0034] 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

[0035] 相较于现有技术， 本实用新型所述具有双频宽带功能的四臂螺旋 天线采用上述 技术方案， 达到了如下技术效果： 由于馈电网络可以为四臂螺旋天线分别提供 等幅的 0°、 -90°、 -180°和 -270°移相， 使得四臂螺旋天线可以获得优良的圆极化 性能。 通过对耦合器的合理布设， 实现馈电网络的小型化。 此外， 通过馈电网 络的双频耦合器的阻抗匹配实现双频特性， 如果两个频点挨得比较近， 可以实 现宽带特性。