一种小型电路加载螺旋天线的制作方法

本实用新型涉及天线技术领域，尤其涉及一种小型电路加载螺旋天线。

背景技术：

随着信息科技的发展，以现代无线通信、卫星通信、舰船通信以及雷达隐身为代表的各种军用以及民用电子设备都在朝着小型化、微型化方向发展。天线作为通信设备中的前端部件，对通信质量起着至关重要的作用，同时一直也是卫星移动通信和全球定位系统(GPS)的一个技术难点，因为它除了必须满足宽频带、宽波束和圆极化等一系列苛刻的电气性能指标之外，还要做到体积小、重量轻，然而在目前，这两者很难兼而有之。

因此，如何设计一种在实现宽频带工作的同时，其他性能指标也得到明显改善，且体积小、重量轻的天线已经成为本领域技术致力于研究的方向。

技术实现要素：

针对上述存在的问题，本实用新型公开了一种小型电路加载螺旋天线，其中，包括：电路加载结构和4条螺旋臂；

所述电路加载结构包括圆形PCB板和设置于所述圆形PCB板上的相移馈电网络，且所述相移馈电网络包括一个巴伦、2个3dB电桥、一个输入端和4个馈点；

4个所述馈点均匀分布在所述圆形PCB板边沿并位于同一圆周上，4条所述螺旋臂分别一一对应连接在4个所述馈点上，且每条所述螺旋臂均沿所述螺旋天线的高度方向朝向一个方向螺旋上升；

所述巴伦的不平衡端口与所述输入端连接，所述巴伦的第一平衡端口通过一所述3dB电桥连接4个所述馈点中2个相邻的馈点，所述巴伦的第二平衡端口通过另一所述3dB电桥连接4个所述馈点中剩余的2个相邻的馈点以将所述输入端输入的电信号转换成幅值相等，相位依次相差90°的馈电信号输出。

上述的小型电路加载螺旋天线，其中，所述巴伦包括第一电感、第二电感、第一电容、第二电容、接地电感和接地电容；

所述不平衡端口和第一平衡端口之间串联有所述第一电感和所述第二电感，且所述接地电容连接在所述第一电感和所述第二电感之间；

所述不平衡端口和所述第二平衡端口之间串联有所述第一电容和所述第二电容，且所述接地电感连接在所述第一电容和所述第二电容之间。

上述的小型电路加载螺旋天线，其中，所述第一电感、第二电感和所述接地电感均为三维螺旋结构。

上述的小型电路加载螺旋天线，其中，所述第一电容、第二电容和所述接地电容均为垂直方向平行板叠层电容。

上述的小型电路加载螺旋天线，其中，所述3dB电桥的耦合带状线为蛇形线。

上述的小型电路加载螺旋天线，其中，所述螺旋臂为金属线。

上述的小型电路加载螺旋天线，其中，所述圆形PCB板的直径为16mm，厚度为1.6mm。

上述的小型电路加载螺旋天线，其中，所述巴伦为LTCC巴伦，所述3dB电桥为LTCC 3dB电桥。

上述实用新型具有如下优点或者有益效果：

本实用新型公开了一种小型电路加载螺旋天线，通过于圆形PCB板上设置包括巴伦、2个3dB电桥、一个输入端和4个馈点的相移馈电网络，并将4条螺旋臂一一对应连接在4个馈点上，且每条螺旋臂均沿螺旋天线的高度方向朝向一个方向螺旋上升，以将输入端输入的电信号转换成幅值相等，相位依次相差90°的馈电信号输出至4条螺旋臂，从而在实现宽频带(1561MHz～1603MHz)工作的同时，改善了天线的其他性能指标，且体积小、重量轻，在通信系统日益小型化的趋势下具有很高的实用价值。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

图1是本实用新型实施例中小型电路加载螺旋天线的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中电路加载结构的示意图；

图3是本实用新型实施例中巴伦的结构示意图。

具体实施方式

巴伦(Balun)是一种三端口器件，由一个不平衡端口和两个平衡端口组成。两个平衡端口的信号有180°的相移及相同的幅值。许多电路需要平衡的输入和输出，电路的噪声和高次谐波就会得到抑制，改善电路的动态范围。它也称平衡转换器，是微波平衡混频器、倍频器、推挽放大器和天线馈电网络平衡电路布局的关键部件，可以说是无线局域网射频前端电路设计的一项关键技术，直接影响着无线通信的性能和质量。巴伦形式多样，本实用新型采用的集总元件形式巴伦有着体积小、重量轻，结构简单且成本较低，且易于设计等特点。

3dB电桥也叫同频合路器，它能够沿传输线路某一确定方向上对传输功率连续取样，能将一个输入信号分为两个互为等幅且具有90°相位差的信号。主要用于多信号合路，提高输出信号的利用率，广泛应用室内覆盖系统中对基站信号的合路，在这种场所运用效果很好。3dB电桥可以看作是耦合度为3dB的耦合器，设计时可以按照耦合器的原理进行分析。本实用新型采用的宽边耦合电桥具有插损小、耐功率高、带宽宽等优点，常被用于设计大功率3dB电桥。

四臂螺旋天线作为一种GPS天线,，一般是由四根金属线按特定的规则在柱面陶瓷基板上弯曲而成，无需接地。该结构的巧妙之处在于它能使天线在所有方向都有3dB增益，具有良好的方向性特征。全方位接收也是四臂螺旋天线能力之一。它具有心形方向图、良好的前后比及优异的宽波束圆极化特性，十分适合用作卫星定位系统的接收天线。

下面结合附图和具体的实施例对本实用新型作进一步的说明，但是不作为本实用新型的限定。

如图1和2所示，本实施例涉及一种小型电路加载螺旋天线，该螺旋天线采用底部馈电的方式；具体的，该小型电路加载螺旋天线包括：电路加载结构1和4条螺旋臂2；该电路加载结构1包括圆形PCB板15和设置于圆形PCB板15上的相移馈电网络，且该相移馈电网络包括一个巴伦、2个3dB电桥、一个输入端和4个馈点11、12、13、14；4个馈点11、12、13、14均匀分布在圆形PCB板15边沿并位于同一圆周上(即4个馈点11、12、13、14位于圆形PCB板边缘，对称十字放置)，4条螺旋臂2分别一一对应连接在4个馈点上11、12、13、14，且每条螺旋臂2均沿螺旋天线的高度方向朝向一个方向(左旋或右旋)螺旋上升(4条螺旋臂2旋转方向一致)；巴伦的不平衡端口与输入端连接，巴伦的第一平衡端口通过一3dB电桥连接4个馈点中2个相邻的馈点11、12，巴伦的第二平衡端口通过另一3dB电桥连接4个馈点中剩余的2个相邻的馈点13、14以将输入端输入的电信号转换成幅值相等，相位依次相差90°的馈电信号输出，功率等分；该4个馈点相位分别为0°，90°，180°和270°；其中馈点11的相位为270°，馈点12的相位为180°、馈点13的相位为90°，馈点14的相位为0°；该四根螺旋臂相位为0°、90°、180°、270°分别与馈点14、13、12、11一一对应，从而实现了北斗导航系统和、GPS导航系统和GLONASS导航系统频率。

其中，如图3所示，上述巴伦包括第一电感、第二电感、第一电容、第二电容、接地电感和接地电容；巴伦的不平衡端口(即端口1)和第一平衡端口(即端口2)之间串联有第一电感和第二电感，且接地电容连接在第一电感和第二电感之间；不平衡端口和第二平衡端口(即端口3)之间串联有第一电容和第二电容，且接地电感连接在第一电容和第二电容之间；即一路由两个串联电感中间接一接地电容在末端电感形成输出，而另一路则是两串联电容间接一接地电感并在末端电容形成输出，信号从单端口(不平衡端口)输入，经过阻抗变换的作用，输出两路幅值相同相位相反的信号，且带宽得到了展宽，通过理论公式计算出巴伦结构中的电感及电容值，并调整3dB电桥中带状线的宽度及长度，使得整体设计的覆盖频段为1561MHz～1603MHz，从而克服了基本LC巴伦的工作带宽窄，基本只能工作在工作频率附近的问题。

在本实用新型的实施例中，上述第一电感、第二电感和接地电感均为三维螺旋结构以减少电感线长；上述第一电容、第二电容和接地电容均为垂直方向平行板叠层电容，且3dB电桥采用蛇形线作为耦合带状线，以减少带状线的长度。另外，巴伦和3dB电桥均采用了LTCC(低温共烧陶瓷)加工工艺进一步实现微型化，即该巴伦为LTCC巴伦，所述3dB电桥为LTCC 3dB电桥。

在本实用新型的实施例中，上述螺旋臂2为金属线。

在本实用新型的实施例中，上述圆形PCB板1的直径为16mm，厚度为1.6mm。

此外，本实施例中的电路加载结构包含一个巴伦和两个相同的3dB电桥。考虑到尺寸、覆盖频段、带宽等因素，巴伦部分采用集总元件形式，使两输出端口信号达到180°的相位差和幅值相同的输出。3dB电桥部分采用宽边耦合电桥的形式，输出两个互为等幅且具有90°相位差的信号。例如输入阻抗为50ohm，相位0°的信号，该信号首先通过巴伦，输出两个相位分别是0°和180°的等幅信号。相位为0°的信号作为一个3dB电桥的输入信号，输出两个相位分别是0°、90°且等幅的信号。相位为180°的信号作为另一个3dB电桥的输入信号，输出两个相位分别是180°、270°且等幅的信号。总的来说，输入一个相位0°且阻抗为50ohm的信号，会得到四个相位分别为0°、90°、180°、270°且等幅的信号。

本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本实用新型的实质内容，在此不予赘述。

以上对本实用新型的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本实用新型的实质内容。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。