一种小型化印刷共形四臂螺旋天线的制作方法

本发明涉及一种小型化印刷共形四臂螺旋天线，属于天线制造技术领域。

背景技术：

随着现代无线通信技术的发展，卫星导航定位系统在人类社会生活中起着的作用已经越来越重要。全球定位系统(globalpositioningsystem，gps)在民用及军事领域内具有广泛的应用。近年来gps定位技术在民用领域得到迅速发展，特别是在车辆导航和移动电话定位这两个方面。而研究卫星定位系统终端使用的天线具有重要的价值与意义，特别是天线的宽带化，小型化技术，是天线研究不断发展的方向。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种小型化印刷共形四臂螺旋天线，该天线在减小尺寸的基础上仍具有良好的宽波束圆极化特性，较高的增益以及良好的带宽特性。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种小型化印刷共形四臂螺旋天线，包括第一柔性介质基板(1)、第二柔性介质基板(2)、接地柔性板(3)、第一一分二功分器(4)、第二一分二功分器(5)、第三一分二功分器(6)和四个回形针形结构的螺旋臂(7)；其中，第一柔性介质基板(1)彼此相对的两边相互对接构成圆筒结构，第二柔性介质基板(2)彼此相对的两边相互对接构成圆筒结构，接地柔性板(3)彼此相对的两边相互对接构成圆筒结构，第一柔性介质基板(1)所构圆筒结构高度等于第二柔性介质基板(2)所构圆筒结构高度的两倍，接地柔性板(3)所构圆筒结构高度低于第二柔性介质基板(2)所构圆筒结构高度；第二柔性介质基板(2)所构圆筒结构位于第一柔性介质基板(1)所构圆筒结构内部，且第二柔性介质基板(2)所构圆筒结构底边与第一柔性介质基板(1)所构圆筒结构底边共面，接地柔性板(3)所构圆筒结构位于第二柔性介质基板(2)所构圆筒结构与第一柔性介质基板(1)所构圆筒结构之间，且接地柔性板(3)所构圆筒结构顶边与第二柔性介质基板(2)所构圆筒结构顶边共面，接地柔性板(3)所构圆筒结构沿中轴线投影的外径与第一柔性介质基板(1)所构圆筒结构沿中轴线投影的内径相适应，接地柔性板(3)所构圆筒结构的外壁与第一柔性介质基板(1)所构圆筒结构内壁相贴合，第二柔性介质基板(2)所构圆筒结构沿中轴线投影的外径与接地柔性板(3)所构圆筒结构沿中轴线投影的内径相适应，第二柔性介质基板(2)所构圆筒结构外壁与接地柔性板(3)所构圆筒结构沿内壁相贴合；

定义第一柔性介质基板(1)所构圆筒结构沿中轴线投影圆环的外周长为第一周长，第一一分二功分器(4)、第二一分二功分器(5)分别设置于第一柔性介质基板(1)所构圆筒结构的外壁上，第一一分二功分器(4)的输入端、第二一分二功分器(5)的输入端分别与第一柔性介质基板(1)所构圆筒结构外壁的底边相连，第一一分二功分器(4)输入端位置与第二一分二功分器(5)输入端位置之间间隔1/2第一周长，第一一分二功分器(4)两个输出端、第二一分二功分器(5)两个输出端四者共面，且共面与第一柔性介质基板(1)所构圆筒结构底边所在面平行，第一一分二功分器(4)两个输出端位置之间间隔1/4第一周长，第二一分二功分器(5)两个输出端位置之间间隔1/4第一周长，第一一分二功分器(4)与第二一分二功分器(5)之间相邻两个输出端位置之间间隔1/4第一周长；各个螺旋臂(7)的长度分别等于3/4信号波长，各个螺旋臂(7)分别设置于第一柔性介质基板(1)所构圆筒结构的外壁上，各个螺旋臂(7)的其中一端分别与第一一分二功分器(4)两个输出端、第二一分二功分器(5)两个输出端相连接，各个螺旋臂(7)分别与第一柔性介质基板(1)所构圆筒结构的顶边相接触，各个螺旋臂(7)的设置角度彼此相同，且各个螺旋臂(7)分别所占第一柔性介质基板(1)所构圆筒结构外壁的区域跨度为1/4第一周长；

第三一分二功分器(6)设置于第二柔性介质基板(2)所构圆筒结构的内壁上，第三一分二功分器(6)的两个输出端分别与第二柔性介质基板(2)所构圆筒结构内壁的底边相连，第三一分二功分器(6)两个输出端位置分别与第一一分二功分器(4)输入端位置、第二一分二功分器(5)输入端位置相对应，且第三一分二功分器(6)两个输出端分别通过一根微带线与对应的第一一分二功分器(4)输入端、第二一分二功分器(5)输入端相连，各根微带线分别经过第一柔性介质基板(1)所构圆筒结构底边、第二柔性介质基板(2)所构圆筒结构底边，以及跨越该两底边之间的缝隙，第三一分二功分器(6)的输入端经第二柔性介质基板(2)所构圆筒结构顶边与接地柔性板(3)所构圆筒结构顶边相连接。

作为本发明的一种优选技术方案：所述各个螺旋臂(7)上与一分二功分器相连的端部的宽度，分别与所连一分二功分器输出端的宽度相等。

作为本发明的一种优选技术方案：所述第一一分二功分器(4)、第二一分二功分器(5)上同侧的输出端分别比其对应另一侧的输出端短1/4信号波长。

作为本发明的一种优选技术方案：所述第三一分二功分器(6)上的两个输出端中，相位滞后的输出端比另一个输出端长1/2信号波长。

作为本发明的一种优选技术方案：所述第三一分二功分器(6)上的两个输出端中，相位滞后的输出端上设置弯折形状。

本发明所述一种小型化印刷共形四臂螺旋天线采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明设计的小型化印刷共形四臂螺旋天线，采用三层结构，天线臂采用回形针结构，在减小尺寸的基础上，仍具有良好的宽波束圆极化特性，较高的增益以及良好的带宽特性，且在带宽范围内轴比均小于3db，仍能保持较好的宽波束圆极化特性，并且可以实现双频特性以及共形特性，可同时用于gps系统与北斗系统，尺寸较小，约为同谐振频率天线尺寸的1/3。

附图说明

图1是本发明所设计中第一柔性介质基板(1)外壁展开平铺示意图；

图2是本发明所设计中第二柔性介质基板(2)内壁展开平铺示意图；

图3是本发明所设计小型化印刷共形四臂螺旋天线的垂直投影示意图。

其中，1.第一柔性介质基板，2.第二柔性介质基板，3.接地柔性板，4.第一一分二功分器，5.第二一分二功分器，6.第三一分二功分器，7.螺旋臂。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图3所示，本发明设计了一种小型化印刷共形四臂螺旋天线，在实际应用过程当中，具体包括第一柔性介质基板(1)、第二柔性介质基板(2)、接地柔性板(3)、第一一分二功分器(4)、第二一分二功分器(5)、第三一分二功分器(6)和四个回形针形结构的螺旋臂(7)；其中，第一柔性介质基板(1)彼此相对的两边相互对接构成圆筒结构，第二柔性介质基板(2)彼此相对的两边相互对接构成圆筒结构，接地柔性板(3)彼此相对的两边相互对接构成圆筒结构，第一柔性介质基板(1)所构圆筒结构高度等于第二柔性介质基板(2)所构圆筒结构高度的两倍，接地柔性板(3)所构圆筒结构高度低于第二柔性介质基板(2)所构圆筒结构高度；第二柔性介质基板(2)所构圆筒结构位于第一柔性介质基板(1)所构圆筒结构内部，且第二柔性介质基板(2)所构圆筒结构底边与第一柔性介质基板(1)所构圆筒结构底边共面，接地柔性板(3)所构圆筒结构位于第二柔性介质基板(2)所构圆筒结构与第一柔性介质基板(1)所构圆筒结构之间，且接地柔性板(3)所构圆筒结构顶边与第二柔性介质基板(2)所构圆筒结构顶边共面，接地柔性板(3)所构圆筒结构沿中轴线投影的外径与第一柔性介质基板(1)所构圆筒结构沿中轴线投影的内径相适应，接地柔性板(3)所构圆筒结构的外壁与第一柔性介质基板(1)所构圆筒结构内壁相贴合，第二柔性介质基板(2)所构圆筒结构沿中轴线投影的外径与接地柔性板(3)所构圆筒结构沿中轴线投影的内径相适应，第二柔性介质基板(2)所构圆筒结构外壁与接地柔性板(3)所构圆筒结构沿内壁相贴合。

如图1所示，定义第一柔性介质基板(1)所构圆筒结构沿中轴线投影圆环的外周长为第一周长，第一一分二功分器(4)、第二一分二功分器(5)分别设置于第一柔性介质基板(1)所构圆筒结构的外壁上，第一一分二功分器(4)的输入端、第二一分二功分器(5)的输入端分别与第一柔性介质基板(1)所构圆筒结构外壁的底边相连，第一一分二功分器(4)输入端位置与第二一分二功分器(5)输入端位置之间间隔1/2第一周长，第一一分二功分器(4)两个输出端、第二一分二功分器(5)两个输出端四者共面，且共面与第一柔性介质基板(1)所构圆筒结构底边所在面平行，第一一分二功分器(4)两个输出端位置之间间隔1/4第一周长，第二一分二功分器(5)两个输出端位置之间间隔1/4第一周长，第一一分二功分器(4)与第二一分二功分器(5)之间相邻两个输出端位置之间间隔1/4第一周长，以此实现天线的圆极化特性；第一一分二功分器(4)、第二一分二功分器(5)上同侧的输出端分别比其对应另一侧的输出端短1/4信号波长；各个螺旋臂(7)的长度分别等于3/4信号波长，各个螺旋臂(7)分别设置于第一柔性介质基板(1)所构圆筒结构的外壁上，各个螺旋臂(7)的其中一端分别与第一一分二功分器(4)两个输出端、第二一分二功分器(5)两个输出端相连接，各个螺旋臂(7)分别与第一柔性介质基板(1)所构圆筒结构的顶边相接触，各个螺旋臂(7)的设置角度彼此相同，且各个螺旋臂(7)分别所占第一柔性介质基板(1)所构圆筒结构外壁的区域跨度为1/4第一周长，各个螺旋臂(7)上与一分二功分器相连的端部的宽度，分别与所连一分二功分器输出端的宽度相等，使馈电网络的输出端的阻抗与天线的输入端的阻抗相匹配，以此提高增益。

如图2所示，第三一分二功分器(6)设置于第二柔性介质基板(2)所构圆筒结构的内壁上，第三一分二功分器(6)的两个输出端分别与第二柔性介质基板(2)所构圆筒结构内壁的底边相连，第三一分二功分器(6)两个输出端位置分别与第一一分二功分器(4)输入端位置、第二一分二功分器(5)输入端位置相对应，且第三一分二功分器(6)两个输出端分别通过一根微带线与对应的第一一分二功分器(4)输入端、第二一分二功分器(5)输入端相连，各根微带线分别经过第一柔性介质基板(1)所构圆筒结构底边、第二柔性介质基板(2)所构圆筒结构底边，以及跨越该两底边之间的缝隙，此缝隙可以避免印刷于两个介质板上功分器彼此相连接的部分接地，造成性能偏差；第三一分二功分器(6)上的两个输出端中，相位滞后的输出端比另一个输出端长1/2信号波长，并且相位滞后的输出端上通过弯折形状实现比另一个输出端长1/2信号波长，第三一分二功分器(6)的输入端经第二柔性介质基板(2)所构圆筒结构顶边与接地柔性板(3)所构圆筒结构顶边相连接。

本发明所设计小型化印刷共形四臂螺旋天线，实际应用中，采用激光工艺或印刷电路工艺进行制造，第一一分二功分器(4)、第二一分二功分器(5)、第三一分二功分器(6)分别设计采用第一威尔金森一分二功分器、第二威尔金森一分二功分器、第三威尔金森一分二功分器，并且三个威尔金森功分器要分别使用3个阻值为一百欧姆的微带电阻起到隔离作用，保证输出端的幅度一致，减小损耗；螺旋臂采用回形针结构，使其尺寸减小四分之三；馈电网络分别印制于两块不同的介质基板上，使其尺寸减小二分之一，两者相并，总体尺寸减小三分之二，螺旋臂的末端与螺旋臂的起始端相近但不相连，使其能实现双频特性并展宽天线的带宽。如此，本发明采用三层结构，天线臂采用回形针结构，在减小尺寸的基础上，仍具有良好的宽波束圆极化特性，较高的增益以及良好的带宽特性，且在带宽范围内轴比均小于3db，仍能保持较好的宽波束圆极化特性，并且可以实现双频特性以及共形特性，可同时用于gps系统与北斗系统，尺寸较小，约为同谐振频率天线尺寸的1/3。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。