可调节的层叠式多臂双频螺旋天线装置的制作方法

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种可调节的层叠式多臂双频螺旋天线装置。

背景技术：

天线作为射频通信的前端部件，在通信系统中占有重要地位。针对目前高精度多系统gnss测量型天线的设计需求，在卫星信号接收性能上，不仅要保证天线具有定位精度高、性能稳定可靠的特点，同时又要充分利用卫星导航多星多频信号资源，为了能够满足兼容多系统多频点gnss终端设备的应用需求，天线应具备较宽工作带宽、抗干扰能力强、优异的圆极化性能和相位中心稳定度等，并且要求天线系统兼容性更强和结构设计更加紧凑、便携、轻小、兼容性强等特点。尤其是针对目前可穿戴式、手持式、无人机高精度导航定位终端模块与设备配套天线应用需求，对天线的要求不仅要满足高性能、高效率、多姿态稳定接收，而且结构还要满足轻小、灵活、便携等设计需求。

现有技术采用介质支撑体介电常数比较高（一般大于5）的基板设计，天线增益低，在高频信号条件下表现不佳；并且，现有天线多是采用在陶瓷或塑料上雕刻（蚀刻）的，误差大，可靠性低；一般天线双频螺旋无源信号，是合路输出，增益低，并且如果进行前置滤波，噪声系数大。

因此，可以考虑将柔性电路板应用于高精度多系统测量型天线柔性上。电路板fpc（flexibleprintedcircuit）在天线行业用途越来越广泛，由最初的柔性电路，到现在柔性天线。fpc由于其柔性好，方便成形和粘贴，有利于做出不同形状的天线，因此，fpc在天线领域的应用日益广泛。目前的天线单元，例如卫星导航螺旋天线，卫星通信的螺旋天线，均使用fpc技术。为了将天线缠绕成棒状，中间一般采用柱体（介质棒或工程泡沫）或圆管（塑料管），这种结构虽然可以很好支撑，但是由于其制造公差和材料一致性难以保证，容易造成天线产品工作频率偏差，进而影响产品的一致性，并且，这种天线体积大，相应重量大，对于重量要求严格的特殊应用场合并不适用。

另外，天线的工作频率一经加工完成后便难以调节，在天线的工作频率在使用中出现偏离等情况时无法及时进行微调。

技术实现要素：

针对以上问题，本发明提供一种采用活动层叠的结构，l1和l2信号单独输出，l2天线单元工作频率可微调，方便信号处理的多臂双频螺旋天线装置。

本发明的另一个目的是提供一种适合于无人机等应用场景，体积小、重量轻的层叠天线。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种可调节的层叠式多臂双频螺旋天线装置，包括：l1天线单元、l2天线单元和同轴线缆，l1天线单元设于l2天线单元上方；

所述l1天线单元包括l1fpc电路板、l1介质支撑体和l1接地板，所述l1fpc电路板绕l1介质支撑体卷成筒状，l1介质支撑体对l1fpc电路板起到支撑和定型作用；

所述l2天线单元包括l2fpc电路板、l2介质环组和l2接地板，所述l2fpc电路板绕l2介质环组卷成筒状，所述l2介质环组对l2fpc电路板起到支撑和定型作用；

所述l1介质支撑体可在筒状的l2fpc电路板内上下滑动。

优选的是，所述l1fpc电路板固定于l1接地板底部，l2fpc电路板固定于l2接地板顶部；所述l1介质支撑体为空心的硬质支撑体，同轴线缆从l1介质支撑体和l2介质环组中部穿过，将l1接地板和l2接地板连接。

优选的是，所述l2介质环组包括外径相同的一个活动介质环和至少一个固定介质环，固定介质环与筒状的l2fpc电路板内壁固定连接，活动介质环可沿筒状的l2fpc电路板内壁上下滑动；l1介质支撑体的直径与介质环组的内径相适应，l1介质支撑体底部与活动介质环固定连接，使l1介质支撑体能带动活动介质环沿固定介质环上下滑动对l2fpc电路板的天线频率进行调节。

优选的是，所述所述l1介质支撑体的高度大于筒状的l1fpc电路板高度，l1介质支撑体板上部与l1接地板连接固定，l1介质支撑体下部露出于筒状的l1fpc电路板，形成露出部。

优选的是，所述l1介质支撑体在筒状的l2fpc电路板内上下滑动的范围受限于露出部的长度，活动介质环和距离最近的固定介质环之间距离不小于露出部长度。

优选的是，所述l1天线单元合成或接收l1信号，l2天线单元合成或接收l2信号；所述l1信号通过同轴线缆传至l2接地板；l1信号和l2信号分别经过处理后合路输出。

优选的是，所述l1fpc电路板和l2fpc电路板上分别设有多臂螺旋辐射体，所述多臂螺旋辐射体为八臂辐射臂结构，八臂辐射臂结构包括对称的四个长臂和四个短臂。

优选的是，所述l1接地板和l2接地板为多层线路板，用于对信号进行包括滤波、放大在内的处理。

优选的是，所述l1接地板和l2接地板上分别集成有馈电装置，l1接地板对l1fpc电路板进行馈电，l2接地板对l2fpc电路板进行馈电。

优选的是，还包括设于l1接地板顶部中心处或l2接地板底部中心处的固定装置，固定装置用于安装固定在其他器材上。

本发明的可调节的层叠式多臂双频螺旋天线装置，至少具有以下优点：

1.具有设计灵活、结构简单、天线性能优良、应用广泛等特点，其合理的物理结构和优良的天线性能不仅是提高系统性能的保证，也有利于节约成本，通过调节活动介质环在l2fpc电路板内的位置，来对l2天线单元的工作频率进行微调，适用于需要双频段，但偶尔或经常需要对其中一个固定频段进行调节的使用场合。

2.采用层叠的结构，l1和l2信号单独输出，方便信号处理。能够实现同时接收gnss（全球卫星导航系统）l2（1164mhz~1300mhz）和l1(1521mhz~1616mhz)双频卫星信号，其中底层可以接收l2信号，顶层可以接收l1信号，通道独立，可以方便进行信号处理。

3.八臂螺旋天线的辐射体采用四个长臂和四个短臂对称性设计，天线圆极化性能好；两个八臂螺旋天线层叠实现双频工作，可以接收gps的l1、l2和l5、北斗的b1、b2和b3、glonass的g1和g2等多个频点的卫星信号。

4.天线的固定方式采用新的制作方法，提高了天线性能，尤其适用于增益、抗干扰能力要求高的设备上。

5.八臂螺旋辐射体以柔性的fpc电路板为载体，采用卷绕的方式固定在介质支撑体上，加工精度高，一致性好，通过向左或向右可以方便的形成不同的极化模式，可接收不同极化模式的卫星信号。

6.l1介质支撑体采用中空或管状的硬质支撑体，l2介质环组采用重力更轻的介质环，可大幅度减轻天线重量；天线结构轻小，方向图表现好，兼顾层叠微带天线和螺旋天线两种类型的优势，尤其适用于便携式设备或对重量要求苛刻的设备（如无人机等）。

7.可更好发挥fpc天线性能，生产时方便调谐天线工作频率，可通过选择不同材料、不同高度、不同内径、不同介电常数的的介质环来设置在不同的位置，对天线的工作频率进行微调，产品一致性更好。

附图说明

图1为一种可调节的层叠式多臂双频螺旋天线装置的结构示意图。

图2为图1中多臂螺旋辐射体的立体结构示意图。

图3、4为图1中固定装置的立体结构示意图。

图5为l1、l2信号合路的流程示意图。

图中标号为：1-l1天线单元，110-l1fpc电路板，120-l1介质支撑体，121-露出部，130-l1接地板，2-l2天线单元，210-l2fpc电路板，220-l2介质环组，221-活动介质环，222-固定介质环，230-l2接地板，3-同轴线缆，4-多臂螺旋辐射体，410-长臂，420-短臂，5-固定装置，510-固定足，520-螺纹孔。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”，“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

实施例1

如图1-4所示，一种可调节的层叠式多臂双频螺旋天线装置，包括：l1天线单元1、l2天线单元2和同轴线缆3，l1天线单元设于l2天线单元上方；

所述l1天线单元包括l1fpc电路板110、l1介质支撑体120和l1接地板130，所述l1fpc电路板绕l1介质支撑体卷成筒状，l1介质支撑体对l1fpc电路板起到支撑和定型作用；采用层叠的结构，l1和l2信号单独输出，方便信号处理。

所述l2天线单元包括l2fpc电路板210、l2介质环组220和l2接地板230，所述l2fpc电路板绕l2介质环组卷成筒状，所述l2介质环组对l2fpc电路板起到支撑和定型作用；

所述l1介质支撑体可在筒状的l2fpc电路板内上下滑动。

所述l1fpc电路板固定于l1接地板底部，l2fpc电路板固定于l2接地板顶部；所述l1介质支撑体为空心的硬质支撑体，同轴线缆从l1介质支撑体和l2介质环组中部穿过，将l1接地板和l2接地板连接。

所述l2介质环组包括外径相同的一个活动介质环221和至少一个固定介质环222，固定介质环与筒状的l2fpc电路板内壁固定连接，活动介质环可沿筒状的l2fpc电路板内壁上下滑动；l1介质支撑体的直径与介质环组的内径相适应，l1介质支撑体底部与活动介质环固定连接，使l1介质支撑体能带动活动介质环沿固定介质环上下滑动对l2fpc电路板的天线频率进行调节。l2天线单元采用介质环组作为支撑体，由于介质环厚度小，加工精度较柱状或管状的支撑体更高，从而具有更高的可制造性；并且，传统柱状或管状的支撑体生产时的通常需要开模，在一定程度上增加了成本；介质环加工成本以及材料成本都低于传统的柱状或管状支撑体。

本实施例中，各介质环材料为fr4硬质电路板材料；活动介质环和固定介质环厚度（内外径之差）为2mm（一般在0.5mm-10mm之间），高度为8mm（一般在1mm-20mm之间）；固定介质环有两个，分别设于筒状的l2fpc电路板内壁的上部和下部，活动介质环设于两固定介质环之间，l1介质支撑体穿过上部的固定介质环，l1介质支撑体外径略小于上部的固定介质环内径，使l1介质支撑体能贴上部的固定介质环滑动，从而带动活动介质环移动，活动介质环的位置会对l2天线单元的工作频率产生一定的影响。

所述所述l1介质支撑体的高度大于筒状的l1fpc电路板高度，l1介质支撑体板上部与l1接地板连接固定，l1介质支撑体下部露出于筒状的l1fpc电路板，形成露出部121。

所述l1介质支撑体在筒状的l2fpc电路板内上下滑动的范围受限于露出部的长度，活动介质环和距离最近的固定介质环之间距离不小于露出部长度。

所述l1天线单元合成或接收l1信号，l2天线单元合成或接收l2信号；所述l1信号通过同轴线缆传至l2接地板；l1信号和l2信号分别经过处理后合路输出。

所述l1fpc电路板和l2fpc电路板上分别设有多臂螺旋辐射体4，所述多臂螺旋辐射体为八臂辐射臂结构，八臂辐射臂结构包括对称的四个长臂410和四个短臂420。八臂螺旋辐射体以fpc电路板为载体，采用卷绕的方式固定在介质支撑体上，可以方便的形成不同的极化模式，以接收不同极化模式的卫星信号。

所述l1接地板和l2接地板为多层线路板，用于对信号进行包括滤波、放大在内的处理。

所述l1接地板和l2接地板上分别集成有馈电装置，l1接地板对l1fpc电路板进行馈电，l2接地板对l2fpc电路板进行馈电。

还包括设于l2接地板底部中心处的固定装置5，固定装置顶部设有凸出的固定足510，固定足插入到l2接地板中，固定装置底部加工有螺纹孔520。通过固定装置进行螺纹固定，可方便的安装于无人机上。

实施例2

如图5所示，所述l1信号和l2信号单独进行处理后合路输出。本实施例中，l1信号和l2信号分别经过前置滤波器、放大器、滤波器处理后，再经放大器进行信号合路输出；l1和l2信号通道分别采用前置滤波提高信号的抗干扰能力；采用低噪声系数的放大器。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。