[發明專利]一種超寬帶低剖面印刷型圓極化螺旋天線

有效

• 申請號: 201410169302.1
• 申請日: 2014-04-24
• 公開（公告）號: CN103943954A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 唐錫輝;李瑞瑞;邢兵兵;裴繼紅
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/12;H01Q1/48
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所 44268
• 代理人: 王永文

技術領域

本發明涉及天線領域，尤其涉及的是一種超寬帶低剖面印刷型圓極化螺旋天線。

背景技術

在傳統的天線家族中，具有圓極化輻射特性的天線包括微帶貼片天線、多饋點四臂螺旋天線（Quadrifilar?Helical?Antenna）、平面螺旋天線（Spiral?Antenna）和軸向模螺旋天線（Axial-Mode?Helical?Antenna）等。

其中，單饋點的圓極化微帶貼片天線的工作帶寬較窄（一般在3%以內）。

四臂螺旋天線需要設計復雜的饋電網絡來實現多饋點工作模式，天線結構復雜，并且天線增益較小（一般4dBi以下）。

平面螺旋天線具有寬頻帶、寬波束的特性，但由于它有兩個輻射臂并且輸入阻抗不能與50Ω激勵源匹配，一般需要在天線與激勵源之間加載一個平衡-不平衡變換器（Balanced-unbalanced,?Balub）和輸入阻抗變換器（通常用一個裝置實現兩種功能）。

傳統的軸向模螺旋天線具有單饋點、寬頻帶、高增益和窄波束的特性，其輸入阻基本呈電阻性，在100Ω-150Ω之間。不足的是，由于傳統的軸向模螺旋天線所需的螺旋圈數較多（一般多于6圈），上升角α較大（一般大于12°），所以其高度較高，不適用于現代無線通信系統的小型終端上。

為了減少螺旋所繞圈數并降低天線的整體高度，日本科學家H.?Nakano理論分析并設計了一系列的低剖面的軸向模螺旋天線。這類天線實現圓極化輻射所需的螺旋圈數較少（1-3圈），且上升角α在7°以下，因此其軸向高度較低。在輻射特性上，這類低剖面的軸向模螺旋天線的波束較寬，工作頻帶較窄，相對帶寬在10%左右。與傳統的軸向模螺旋天線相似，H.?Nakano提出的這類天線的輸入阻抗也呈現電阻性，在100Ω-150Ω之間，不能與常用的50Ω激勵源直接匹配。

隨后，H.T.Hui等研究人員提出了一系列的低剖面半球狀螺旋天線（low-profile?hemispherical?helical?antennas），這類天線的螺旋是用金屬線沿半球狀表面漸變繞制而成，其螺旋圈數一般為4-7圈。在輻射特性上，這類天線的工作帶寬較窄，大約只有15%，且天線的阻抗特性與之前的軸向模螺旋天線相比并沒有改進，輸入阻抗呈現大于100Ω的純電阻性，仍然需要在天線與50Ω激勵源之間加載阻抗匹配裝置。

2010年，有學者提出了一種的寬頻帶低剖面半球狀螺旋天線，通過引入一個阻抗匹配裝置，這種天線可實現與50Ω激勵源阻抗匹配，其阻抗帶寬超過50%，其圓極化軸比帶寬只有約24%。

因此，現有技術還有待于改進和發展。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種超寬帶低剖面印刷型圓極化螺旋天線，解決了現有技術中金屬線螺旋天線的輸入阻抗較大（大于100Ω），難以直接與50Ω激勵源阻抗匹配，以及天線的剖面高度較大的缺陷。

本發明的技術方案如下：

一種超寬帶低剖面印刷型圓極化螺旋天線，其中，包括：

設置成空心圓柱狀的第一介質基板；

螺旋繞制設置在所述第一介質基板外表面的螺旋狀金屬片；

設置在所述第一介質基板底部并與所述第一介質基板相連接的第二介質基板，所述第二介質基板的橫截面方向與所述第一介質基板的軸向垂直；

設置在所述第二介質基板底部并與所述第二介質基板相連接的用于接地的金屬接地板。

所述超寬帶低剖面印刷型圓極化螺旋天線，其中，所述螺旋狀金屬片為寬度固定的帶狀金屬片。

所述超寬帶低剖面印刷型圓極化螺旋天線，其中，所述螺旋狀金屬片的寬度為10mm-40mm。

所述超寬帶低剖面印刷型圓極化螺旋天線，其中，所述螺旋狀金屬片的螺旋圈數為1.0-1.5圈。

所述超寬帶低剖面印刷型圓極化螺旋天線，其中，所述螺旋狀金屬片的螺旋周長為????????????????????????????????????????????????，其中為天線中心工作頻點的自由空間波長。

所述超寬帶低剖面印刷型圓極化螺旋天線，其中，所述螺旋狀金屬片的螺旋上升角為10°-20°。

所述超寬帶低剖面印刷型圓極化螺旋天線，其中，所述第一介質基板的介電常數等于所述第二介質基板的介電常數。

所述超寬帶低剖面印刷型圓極化螺旋天線，其中，所述金屬接地板為圓形，所述圓形半徑大于所述螺旋狀金屬片的螺旋直徑的二分之一。