螺旋天线的制作方法

本发明涉及卫星通信领域，尤其涉及一种用于卫星通信的螺旋天线。

背景技术：

天线是发射和接收电磁波的一个重要无线电设备。随着移动卫星通信技术的快速发展，市场对于高性能天线产品的需求也越来越高，尤其对体积小、携带方便、高灵敏度和高稳定性手持终端设备来说，需求更加迫切。

在移动卫星通信地球站和卫星导航设备中，通常要求天线具有宽波束、圆极化特性，以便在运动中保持卫星在天线波束的覆盖范围内。同时，天线必须具有宽频带或双频工作特性，以便收、发共用一副天线。四臂螺旋天线具有优良的圆极化和宽波束特性，因此被广泛用于移动卫星通信。普通的四臂螺旋天线是谐振天线，带宽较窄，难以满足移动卫星通信天线宽频带或双频段工作的要求，所以需要研究宽频或双频四臂螺旋天线。

中国专利CN204167476U和CN204760536U，公开了一种螺旋天线，其结构如图1和图2所示。现有公开的螺旋天线，存在天线效率低的问题，具体表现为低频率频段效率、高频率频段效率无法兼容。顶部开路方式低频率频段效率较好，而高频率频段效率差2db；如果把高频臂顶部短路，高频段效率较好，而低频段效率差2db。在此种情况下，一般优先考虑高频频段，另可通过加大终端发射功率来补偿发射频段天线效率低不足带来的损失，但这样易导致卫星终端发射损耗大，工作时发热严重，通话时间短等问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提出一种螺旋天线，旨在解决现有螺旋天线的效率低，低频率频段效率、高频率频段效率无法兼容等问题。

为实现上述目的，本发明提供的一种螺旋天线，包括空心介质柱、辐射体、及馈电组件；

所述空心介质柱为下端开口上端闭合的柱状结构；

所述辐射体包括四组螺旋臂；每组螺旋臂包括三条螺旋臂，三条螺旋臂的下端连接在一起并与该组的馈电端口连接；所述四组螺旋臂等间距平行设置；所述四组螺旋臂沿所述空心介质柱的下端螺旋绕向所述空心介质柱的上端、且设置在空心介质柱的外表面；

所述馈电组件安装在所述空心介质柱的下端内部；所述馈电组件包括一个输入端口、极化功分器件、四个输出端口；所述四个输出端口与所述四组螺旋臂的馈电端口一一对应连接；所述输入端口接收天线信号。

优选的，所述三条螺旋臂包括两条短螺旋臂和一条长螺旋臂，两条短螺旋臂分别设置在长螺旋臂的两边；

或所述三条螺旋臂包括两条长螺旋臂和一条短螺旋臂，两条长螺旋臂分别设置在短螺旋臂的两边。

优选的，所述空心介质柱包括空心圆柱体、空心半圆球体，所述空心半圆球体与所述空心圆柱体的顶端连接。

优选的，所述四组螺旋臂的长螺旋臂螺旋绕向至所述空心介质柱的上端、且短路连接。

优选的，所述四组螺旋臂的长螺旋臂螺旋绕向至所述空心介质柱的顶端。

优选的，所述四组螺旋臂的长螺旋臂在所述空心介质柱的顶端短路连接。

优选的，所述四组螺旋臂的长螺旋臂在所述空心介质柱的顶端处于开路状态。

优选的，所述四组螺旋臂的长螺旋臂在所述空心半圆球体的外表面呈“十”形状。

优选的，所述极化功分器件集成有极化形成网络和阻抗匹配电路。

优选的，所述四组螺旋臂通过镭雕或印制方式设置在空心介质柱的外表面或通过金属片形式嵌在空心介质柱的内表面。。

本发明提供的螺旋天线能够提高了天线效率，卫星终端发射损耗较小，减小工作时的发热量，增长通话时间。

附图说明

图1为现有技术公开的一种螺旋天线结构示意图；

图2为现有技术公开的另一种螺旋天线结构示意图；

图3为本发明第一实施例的螺旋天线结构示意图；

图4为本发明第一实施例螺旋天线的辐射体结构示意图；

图5为本发明第一实施例螺旋天线的馈电组件结构示意图；

图6为本发明第二实施例的螺旋天线结构示意图；

图7为本发明第二实施例螺旋天线的辐射体结构示意图；

图8为本发明第三实施例的螺旋天线结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一：

图3-图5为本发明第一实施例示意图。本实施例中，螺旋天线包括空心介质柱1、辐射体2、及馈电组件3。

空心介质柱1为下端开口上端闭合的柱状结构。具体地，柱状结构可采用ABS材质，由空心圆柱体(图中未示出)和与其顶端平滑过渡连接的空心半圆球体(图中未示出)构成，形成下端开口上端闭合结构。该空心介质柱1的高度为99mm；空心圆柱体的外径为13mm，壁厚为1.5-2.5mm。在其他实施例中，柱状结构可为空心长方体和与其顶端平滑过渡连接的其他形状体构成。即空心介质柱1的构成不受组成部分的形状限制。

需要说明的是，本实施例的“下端”、“上端”、“上”、“下”，是以图3、图4正面观察为参考的方位。

请参考图3和图4，辐射体2由四组螺旋臂组成，每组螺旋臂包括三个螺旋臂。

具体地，第一组螺旋臂包括两条短螺旋臂212、一长螺旋臂211。两条短螺旋臂212分别设置在长螺旋臂211的两边。两条短螺旋臂212、长螺旋臂211的下端连接在一起，并与馈电端口213连接。

第二组螺旋臂包括两条短螺旋臂222、一长螺旋臂221。两条短螺旋臂222分别设置在长螺旋臂221的两边。两条短螺旋臂222、长螺旋臂221的下端连接在一起，并与馈电端口223连接。

第三组螺旋臂包括两条短螺旋臂232、一长螺旋臂231。两条短螺旋臂232分别设置在长螺旋臂231的两边。两条短螺旋臂232、长螺旋臂231的下端连接在一起，并与馈电端口233连接。

第四组螺旋臂包括两条短螺旋臂242、一长螺旋臂241。两条短螺旋臂242分别设置在长螺旋臂241的两边。两条短螺旋臂242、长螺旋臂241的下端连接在一起，并与馈电端口243连接。

在本实施例中，每组螺旋臂的两条短螺旋臂都是等长度的。

在其他实施例中，每组螺旋臂的三个螺旋臂可以为两条长螺旋臂、一条短螺旋臂，两条长螺旋臂分别设置在短螺旋臂的两边。

在其他实施例中，每组螺旋臂的两长短螺旋臂都是等长度的。

在本实施例中，螺旋臂(211、212、221、222、231、232、241、242)等间距平行设置。

在本实施例中，螺旋臂采用渡金属贴片，四组螺旋臂沿空心介质柱1的下端螺旋绕向空心介质柱1的上端，并镭雕在空心介质柱1的空心圆柱体的外表面或通过金属片形式嵌在空心介质柱的内表面。，螺旋绕向可以为顺时针方向或逆时针方向。在本实施例中，并只不限定为镭雕方式，也可为印制方式或其他方式。

四组螺旋臂的螺旋升角为55度，长螺旋臂的长度均为128.5mm，短螺旋臂的长度均为107.5mm，螺旋臂宽度均为1mm。

请参考图5，馈电组件3包括四个输出端口(31、32、33、34)，一个输入端口35、以及极化功分器件36。天线信号从输入端口35输入，经过圆极化功分器36，并从四个输出端口(31、32、33、34)输出。四个输出端口(31、32、33、34)的输出信号，幅度相等，相位分别为0°、90°、180°和270°，即两相邻输出端口信号相位差为90°。馈电组件3安装在空心介质柱1下端内部，四个输出端口(31、32、33、34)分别连接一金属过化孔，并分别与四组螺旋臂的馈电端口(213、223、233、243)一一对应连接，即一个输出端口连接一个馈电端口。

在本实施例中，极化功分器件36集成有极化形成网络和阻抗匹配电路。

本发明的实施例工作在S波段卫星通信的上、下行频段1980～2010MHz、2170～2200MHz。

本实施例的设计，能够有效减小天线的直径和高度，而且结构稳固，易于加工。通过调节长螺旋臂和短螺旋臂的长度，使长螺旋臂谐振于天线的高频段，短螺旋臂谐振于天线的低频段，用于满足移动卫星双频通信收发共用的要求。

实施例二：

请参考图6-图7。实施例二与实施例一不同的是：四组螺旋臂的长螺旋臂(211、221、231、241)螺旋绕向至空心介质柱1的上端处短路连接。具体地，可通过另外设置的螺旋臂25连接在一起。

需要说明的是，空心介质柱1的上端：若空心介质柱1包括空心圆柱体、空心半圆球体，该空心介质柱1的上端为空心圆柱体的顶端。

实施例三：

请参考图8。实施例三与实施例一不同的是：四组螺旋臂的长螺旋臂(211、221、231、241)螺旋绕向至空心介质柱的顶端并短路连接。具体地，长螺旋臂(211、221、231、241)在空心介质柱1的顶端的顶点处连接在一起，在空心半圆球体的表面大致呈“十”形状。长螺旋臂(211、221、231、241)的延伸长度分别为15mm。

需要说明的是，空心介质柱1的上端：若空心介质柱1包括空心圆柱体、空心半圆球体，该空心介质柱1的上端为空心半圆球体的外表面处。

实施例四：

实施例四与实施例一不同的是：四组螺旋臂的长螺旋臂(211、221、231、241)螺旋绕向至空心介质柱的顶端，但并不短路连接，即开路状态。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。