一种低剖面变频四臂螺旋天线的制作方法

本实用新型属于天线技术领域，特别涉及一种低剖面变频四臂螺旋天线。

背景技术：

天线是卫星导航系统终端上的关键单元，卫星导航系统终端通过天线来接收导航卫星发射的电磁波信号，提供给终端上的射频前端处理，以此来获取导航卫星信号和相关的数据信息，因此，天线性能的优劣将会直接影响卫星导航系统终端的正常工作状态。

导航卫星的固有轨道分布特性，要求地面广域应用的导航终端具有较宽的天线波束宽度，同时为了减少导航卫星天线与导航终端天线之间的极化损耗，则要求导航终端天线具有良好的圆极化性能。

四臂螺旋天线于1968年被提出之后，由于其在远区具有圆极化、心形的宽波束辐射场，广泛的应用于全球卫星导航系统中，相关分析理论以及设计准则日趋完善。现有用于导航终端的四臂螺旋天线主要是采用印制结构的四臂螺旋天线和金属丝绕制的四臂螺旋天线，如授权公告号为CN205646139U的中国专利公开了一种全向四臂螺旋天线装置，包括四臂螺旋辐射单元、反射板和移相馈电网络，所述的四臂螺旋辐射单元由柔性介质电路板上的四个螺旋辐射臂组成，四个螺旋辐射臂在底部通过一根匹配线相连接，四个螺旋辐射臂的输入端通过连接探针与底下的移相馈电网络相连。该全向四臂螺旋天线属于印制结构的四臂螺旋天线，通过将金属条带印制在柔性电路板上实现低剖面，由于是采用印制结构的螺旋臂，该低剖面实现方法不适合由金属丝绕制的螺旋臂，具有一定的局限性，同时该天线未考虑柔性电路板相对介电常数、厚度以及柔性电路板上电路加工、组装等误差会导致天线实际工作频率偏离设计值的问题。由于实际工程及工艺误差不可避免，在天线设计的过程中必须将这些因素考虑进去，才能使设计的天线具有工程及工艺可行性以及实际应用价值。授权公告号为CN205583136U的中国专利公开了一种可精准调频的圆极化微带天线，包括：微带介质基片、圆极化微带贴片、金属探针接头、金属化过孔、馈电网络介质基片、同轴接头、馈电网络和接地金属；圆极化微带贴片固定于微带介质基片上表面，圆极化微带贴片上下表面都设有接地金属，上表面的接地金属与微带介质基片贴合；馈电网络位于馈电网络介质基片内，金属探针接头设于微带介质基片内；能量通过同轴接头馈给电桥功分器馈电网络，进而通过金属探针接头馈给圆极化微带贴片，圆极化微带贴片的4个边分别延伸出一个调节枝节。该微带天线通过切割改变调节枝节的面积来对微带天线进行调频，但是无法采用相同原理，即通过切割螺旋臂，来对金属丝绕制的四臂螺旋天线进行变频调节。目前，针对金属丝绕制的四臂螺旋天线的低剖面实现以及对应的变频问题仍然无法得到较好的解决。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术的缺陷，提供了一种低剖面变频四臂螺旋天线及其变频方法。

本实用新型采取的技术方案如下：

一种低剖面变频四臂螺旋天线，包括：低剖面变频结构，螺旋臂辐射结构，金属地板；

所述低剖面变频结构由介质板及印制其上的锯齿形金属条带组成；锯齿形金属条带沿螺旋臂辐射结构旋绕方向排布；

所述锯齿形金属条带上设有用于精确调节金属条带长度的长方形锯齿，锯齿的形状结构相同，均匀的分布在金属条带上；

所述螺旋臂辐射结构由四条形状结构相同的螺旋臂组成；所述金属地板3作为螺旋臂辐射结构的参考地面；所述螺旋臂上端穿过低剖面变频结构中的介质板与锯齿形金属条带相连。

作为优选，锯齿的尺寸为0.1mm*0.2mm。

与现有技术相比本实用新型的优点在于：具有结构简单，调节方便，适用性广，通过增加低剖面变频结构提高四臂螺旋天线的辐射性能，同时可以通过精确的调节低剖面变频结构上锯齿形金属条带的长度来改变四臂螺旋天线的谐振频率，弥补工程误差、加工工艺、材料参数偏差等造成四臂螺旋天线频率失调的影响。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的低剖面变频结构中锯齿形金属条带的局部放大示意图；

图3为本实用新型实施例的天线反射系数曲线图；

图4为本实用新型实施例中天线中心频率所对应的x-z面辐射方向图；

图5为本实用新型实施例中去掉低剖面变频结构后天线中心频率所对应的x-z面辐射方向图；

图6为本实用新型实施例中不同锯齿数目天线反射系数曲线图；

图7为本实用新型实施例中不同锯齿数目最大右旋圆极化增益随频率的变化曲线图；

附图标号说明：1.低剖面变频结构，2.螺旋臂辐射结构，3.金属地板，11.介质板，12.锯齿形金属条带，13.锯齿。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型做进一步详细说明。

如图1所示，一种低剖面变频四臂螺旋天线，包括：低剖面变频结构1，螺旋臂辐射结构2，金属地板3；

所述低剖面变频结构1由介质板11及印制其上的锯齿形金属条带12组成；锯齿形金属条带12沿螺旋臂辐射结构旋绕方向排布；

所述螺旋臂辐射结构2由四条形状结构相同的螺旋臂组成；所述金属地板3作为螺旋臂辐射结构2的参考地面；所述螺旋臂上端穿过低剖面变频结构1中的介质板11与锯齿形金属条带12相连。

如图2所示，所述锯齿形金属条带12上有用于精确调节金属条带长度的长方形锯齿13，锯齿13的形状结构相同，均匀的分布在金属条带上；

为了兼顾变频精度与切割精度，锯齿的尺寸为0.1mm*0.2mm。

通过依次切割低剖面变频结构中的锯齿形金属条带上的锯齿，调节锯齿形金属条带的长度，实现精确改变四臂螺旋天线谐振频率的作用。

本实用新型实施例在中心频率时天线的反射系数曲线如图3所示，天线的反射系数在1.263GHz到1.274GHz的频带范围内，反射系数都在-10dB以下，表明天线端口匹配良好，馈入的电磁波信号能够被天线所吸收。

本实用新型实施例中天线中心频率所对应的x-z面辐射方向图曲线如图4所示，天线在法向方向上的右旋圆极化增益为3.8dB，左旋圆极化增益为-50dB，右旋圆极化增益比左旋圆极化增益大53.8dB，表明天线圆极化性能优良。

本实用新型实施例中去掉低剖面变频结构后天线中心频率所对应的x-z面辐射方向图曲线如图5所示，天线在法向方向上的右旋圆极化增益为2.4dB，左旋圆极化增益为-49dB；而通过增加低剖面变频结构提高四臂螺旋天线的辐射性能，天线在法向方向上的右旋圆极化增益为3.8dB，左旋圆极化增益为-50dB，表明采用低剖面变频结构能够提高天线的右旋圆极化增益，降低天线的左旋圆极化增益。

本实用新型实施例中不同锯齿数目对天线反射系数的影响如图6所示，当锯齿个数不发生变化时，天线的输入阻抗谐振频率为1.2685GHz，而当锯齿个数增加两个时，即增长0.2mm，输入阻抗谐振频率变为1.263GHz，降低了5.5MHz，同理当锯齿个数减小两个时，即缩短0.2mm，输入阻抗谐振频率变为1.274GHz，升高了5.5MHz，由此可知调节锯齿的数目可以精确的改变天线的输入阻抗谐振频率。

本实用新型实施例中不同锯齿数目对天线最大右旋圆极化增益的影响如图7所示，当锯齿个数不发生变化时，天线右旋圆极化增益最大时的频率为1.2685GHz，而当锯齿个数增加两个时，即增长0.2mm，右旋圆极化增益最大时的频率为1.263GHz，降低了5.5MHz，同理当锯齿个数减少两个时，即缩短0.2mm，右旋圆极化增益最大时的频率为1.274GHz，升高了5.5MHz，由此可知调节锯齿的数目可以精确的改变天线辐射的谐振频率。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的实施方法，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。