[發明專利]一種功分相移饋電網絡的介質加載四臂螺旋天線

無效

• 申請號: 200910193566.X
• 申請日: 2009-10-31
• 公開（公告）號: CN101702463A
• 公開（公告）日: 2010-05-05
• 發明（設計）人: 褚慶昕;杜述;劉沙
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q13/08;H01Q21/24
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李衛東;梁瑩

技術領域

本發明涉及介質加載螺旋天線，特別涉及一種采用新型功分相移網絡饋電、能工作于寬頻段、小體積、適用于手持終端的介質加載四臂螺旋天線。?

背景技術

近年來，衛星通信網絡的服務愈來愈受到重視。隨著GPS和北斗應用日益普及，迫切需要一種能隨時隨地與衛星通信的便攜式移動終端。天線作為接收機的“耳目”，其性能直接影響接收機信號的質量。?

圓極化四臂螺旋天線最早由C.C.Kilgus在1968年提出。該結構由四根金屬螺旋線條構成，通過同軸線對四根金屬線饋電，并且在饋電端引入相移，使四根線條有90°電長度差，從而使相鄰的兩根金屬線具有90°相位差的等幅信號，便能產生心臟形的圓極化方向圖。這種結構具有不需要接地反射板的優點，在低仰角時的圓極化性能也能滿足衛星通信的要求，特別是加載高介電常數的介質后天線的整體尺寸很小，因而被應用到便攜式衛星通信終端。專利US5859621，US6369776B1，US64243161B以及US6886237B2都屬此種結構。但是，由于該結構是通過四根金屬線的不同長度來產生90°相位差，隨著加載介質介電常數的提高，90°相位差帶寬非常窄，不但加工精度要求太高，并且不易修正調校。此外，由于采用同軸內外導體對螺旋線饋電，因而存在不平衡饋電的問題，需要巴侖電路(Balun)設計。?

2001年，英國Sarantel天線公司的Oliver?Leisten提出了一種新型的四臂螺旋天線——介質加載四臂螺旋天線(DQHA)。其輻射主體由四根金屬螺旋線組成，每根螺旋臂的長度約為λ/2，纏繞在高介電常數(ε_r＝36)的介質柱上。螺旋線的底部與一個套筒balun相連接。該天線由一根穿過介質柱軸心的同軸線在頂部饋電。該四臂螺旋天線可以看作是由兩個正交的雙臂螺旋組成，電流從同軸線內導體沿著螺旋線往下流，經過balun的邊緣和直徑正對的那根螺旋線，回到同軸線外導體。為了實現90度相位差饋電，微調兩個雙臂螺旋的長度，使一個雙臂螺旋稍長于諧振長度，產生一個相角為+45度的輸入阻抗；使另外一個雙臂?螺旋稍短于諧振長度，產生一個-45度的相交。Balun的底部與同軸線的外導體相連，高度為λ/4(λ是波導波長)，等效于在Balun的頂部邊緣產生了一個開路，使電流只沿著巴倫的頂部邊緣流，將天線與不平衡的饋電系統隔離開來，減小了人體手持對天線性能的影響。?

通過介質加載的方法，不但實現了小尺寸，而且將大部分近場能量耦合到介質里面，在介質外面的近場能量非常小，用在GPS手持機上，人體組織對其產生的影響非常小。同時該結構的天線還包括了完整的巴倫電路(Balun)設計，此設計將天線與不平衡的饋電系統隔離開來，不但進一步減小了人體手持對它的影響，而且能隔離天線周邊的訊號，因此能容許各種功能的天線并存于極小的空間中而不會互相干擾。對于整合功能日趨多元化，而且強調輕薄短小的手持式電子產品而言，此特性的重要性不可言喻?；谏鲜鐾昝赖男阅?，該天線堪稱是一項革命性的發明，被業界公認為最適合移動手持終端的GPS天線。?

另外，Oliver?Leisten在美國專利申請號US5859621，US6369776B1，US6424316B1以及US6886237B2等專利中對介質加載四臂螺旋天線提出了多種不同的設計和加工方法，如圖5，圖6，圖7，圖8所示。而專利號為US6914580B2的專利，介質加載天線，該專利通過合理設計螺旋線之間的間隙從而使電流有多個耦合路徑來產生寬帶特性，如圖9所示。?

介質加載圓極化四臂螺旋天線因其具有尺寸小、不需要接反射板、能產生心臟形的圓極化方向圖和在低仰角時的圓極化性能也能滿足衛星通信的要求等優點而廣泛應用于便攜式衛星通信移動終端。目前的介質加載四臂螺旋天線結構大多是采用自相移來產生90°相位差，即在設計四線螺旋時，使相鄰的兩根螺旋線之一的長度略大于諧振波長以產生+45°相位，另一螺旋線長度略小于諧振波長以產生-45°相位，而相對的兩根螺旋長度相等，但使用同軸內外導體反相饋電。這樣四根螺旋線上電流相位分別為+45°、-45°、(180+45)°和(180-45)°，因而可實現圓極化輻射。由于同軸內外導體對四根螺旋饋電存在不平衡饋電問題，所以需要在四根螺旋線的末端設計長度為四分之一介質波長的巴侖來抑制同軸外導體上的電流輻射。?

但是，目前的介質加載圓極化四臂螺旋天線存在加工精度要求高、天線性能不易調節和帶寬太窄等問題。?

發明內容