[發(fā)明專利]一種高增益小型化的螺旋天線

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• 申請日: 2019-08-02
• 公開（公告）號: CN110600865A
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張亮賢;林福民
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q1/48;H01Q1/50;H01Q9/04;H01Q19/10
• 代理公司: 44102 廣州粵高專利商標代理有限公司
• 代理人: 林麗明

本發(fā)明公開了一種高增益小型化的螺旋天線，所述高增益小型化的螺旋天線外接同軸饋電線；所述同軸饋電線包括內(nèi)導體、外導體；所述螺旋天線包括錐型結(jié)構(gòu)的螺旋線、第一金屬板、第二金屬板、耦合饋電電容；所述第二金屬板的頂部與耦合饋電電容的底部連接；所述耦合饋電電容的頂部與第一金屬板的底部連接；所述螺旋線與第一金屬板的頂部設(shè)置連接；所述第二金屬板設(shè)有第一通孔，所述耦合饋電電容設(shè)有第二通孔，所述內(nèi)導體穿過所述第二金屬板的第一通孔、耦合饋電電容的第二通孔與第一金屬板的底部連接，實現(xiàn)射頻信號通過耦合饋電電容以電磁場耦合的形式對輻射單元進行饋電；所述外導體與第二金屬板的底部連接，使得第二金屬板成為天線的接地板。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及天線技術(shù)領(lǐng)域，更具體的，涉及一種高增益小型化的螺旋天線。

背景技術(shù)

隨著無線移動通信的不斷發(fā)展，通信設(shè)備對全向輻射、高增益、小型化的天線需求越來越大，在所有的全向輻射天線種類中，法向模式輻射的螺旋天線得到廣大研究人員的關(guān)注。螺旋天線可以工作于軸向模式(定向輻射)、法向模式(全向輻射)，根據(jù)理論知識可以選定尺寸限制范圍，使得螺旋天線工作于法向模式。螺旋天線的輻射體為具有螺旋形狀且導電性能良好的金屬線，通常螺旋天線的信號由同軸端口饋電，同軸線的內(nèi)導體直接連接螺旋線導體，而外導體與接地平面連在一起。螺旋天線結(jié)構(gòu)簡單，制作成本低，具備全向輻射的模式性能。螺旋天線的輻射方向與螺旋線圓周長有關(guān)，當螺旋線的圓周長比一個波長小很多時，輻射最強的方向垂直于螺旋軸；當螺旋線圓周長為一個波長的數(shù)量級時，最強輻射出現(xiàn)在螺旋旋軸方向上。針對該設(shè)計，采用法向模螺旋天線實現(xiàn)在水平面全向輻射，在接地板法線方向低輻射。法向模螺旋天線基本滿足全向輻射，法向模螺旋天線電尺寸小，重量輕，且與單極子天線的電特性相近，在移動通信中得到廣泛的應(yīng)用。但是隨著社會的不斷發(fā)展，生產(chǎn)需求要求螺旋天線必須做到足夠小型化從而可以進行內(nèi)置，并且在小型化天線尺寸的同時，保持天線的高增益輻射性能，不能更改螺旋天線的全向輻射模式，總而言之，在要求高度小型化的同時，必須保持高增益、高效率、全向輻射。

現(xiàn)有技術(shù)之一，如圖1所示，該設(shè)計利用加載法向模螺旋天線來優(yōu)化設(shè)計寬帶小型化天線的新技術(shù)，該技術(shù)通過全局優(yōu)化算法——遺傳算法結(jié)合矩量法對天線加載值、加載位置以及相關(guān)的匹配網(wǎng)絡(luò)參數(shù)這一龐大的群體進行了一體化最優(yōu)化。加載元件為集總電容、集總電感、集總電阻，引入Sherman-Morrison-Woodbury公式來快速求解加載形式改變后天線的電特性，使優(yōu)化的效率大大提高，同時使得螺旋天線的尺寸得到小型化，天線的高度僅為0.122λ₀(λ₀為真空波長)。加載方式：將螺旋天線切割成四段，在每一段之間加載RLC集總元件，通過調(diào)節(jié)三個RLC元件的值，使得天線在規(guī)定諧振頻率諧振。加載圖例可參考圖1。加載1：加載高度0.105m，RLC參數(shù)分別為790.06Ω、24.753nH、0.5pF；加載2：加載高度0.165m，RLC參數(shù)分別為213.43Ω、159.100nH、0.6pF；加載3：加載高度0.280m，RLC參數(shù)分別為2036.00Ω、404.540nH、18.4pF。匹配網(wǎng)絡(luò)參考圖2。

該技術(shù)實現(xiàn)的目標有：(1)高度尺寸只有真空波長的0.122，使天線高度降低了約30％；(2)實現(xiàn)法向模輻射，且阻抗帶寬較寬。

但是這種方法缺點有：(1)天線的高度尺寸仍然不能滿足產(chǎn)品需求，市場要求高度在諧振頻率真空波長的0.015倍以下；(2)加工難度高，因為加載方式為RLC加載，要進行螺旋切斷處理和RLC連接處理，難度非常高，加工誤差較大。

現(xiàn)有技術(shù)之二，如圖3所示，該結(jié)構(gòu)采用的技術(shù)為通過在螺旋天線的中間添加鐵氧體材料，提高近場的磁通量，通過加載鐵氧體增加近場的磁通量，從而提高數(shù)據(jù)傳輸量和穩(wěn)定性。在螺旋天線線圈中加載鐵氧體的目的是使磁力線較集中地通過線圈內(nèi)部，以達到增加線圈的電感量，縮小天線的體積，以達到小型化的效果。

現(xiàn)有技術(shù)之二存在的缺點如下：