小型化螺旋天线的制作方法

1.本发明属于卫星导航定位技术领域，具体涉及小型化螺旋天线。


背景技术：

2.随着导航定位技术的不断发展，对导航定位终端天线也提出了更高的要求。需要导航定位终端天线具有小型化、较高的低仰角增益、较高的可靠性等。传统的微带天线和传统的螺旋天线已经不能满足要求，或者是采用较高介电常数的陶瓷材料实现小型化(陶瓷材料密度大，会增加了重量)，但这样带来重量较重且带宽较窄等影响。所以需要更小的尺寸，且还具有较高的低仰角增益的天线。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种小型化螺旋天线，解决了目前导航定位终端天线不够轻便、以及其性能有待进一步提高和优化的问题。
4.本发明所采用的技术方案是；
5.小型化螺旋天线，包括微波介质筒，微波介质筒的侧壁沿其周向均匀间隔印刷有四个螺旋臂，四个螺旋臂沿微波介质筒的轴向倾斜排布，每相邻两个螺旋臂之间还印刷有接地臂；微波介质筒的下端通过接地臂连接于馈电网络介质板的上端，四个螺旋臂的底端通过馈电探针也连接至馈电网络介质板的上端，馈电网络介质板的上端贴装有电桥器件、下端依次连接有金属底板和接插件。
6.本发明的特点还在于；
7.每个螺旋臂为两侧高度不同的u型臂，u型臂中较短的一侧为短辐射臂、较长的一侧为长辐射臂，长辐射臂用于辐射北斗b3天线电磁波，短辐射臂用于辐射北斗b1天线电磁波。
8.四个螺旋臂的长度为λ/4的m倍，其中，λ是电磁波在空气中传播时的波长，m为整数；四个螺旋臂的馈电端电流幅度相等、相位依次相差90
°
，当m为奇数时，螺旋臂的终端开路；当m为偶数时，螺旋臂的终端短路；
9.a＝1，a＝2时，螺旋臂的结构参数可由下公式(1)确定：
[0010][0011]
其中，l
ax
为螺旋的轴向高度，l
ele
为螺旋臂的长度，ro为螺旋半径，n为螺旋的圈数。(俯视看螺旋天线，螺旋天线辐射臂的轨迹就绕着中心点做圆周运动，n＝0.5，表示轨迹是个半圆，n＝2，表示轨迹是两个圆周)。
[0012]
馈电探针的材料选择黄铜，馈电探针的表面镀金，微波介质筒和馈电网络表面的金属层均做镀金处理。
[0013]
金属底板的上端上与馈电网络介质板的下端贴合，馈电网络介质板和金属底板之间通过若干个馈电网络固定螺钉固定。
[0014]
金属底板的材料采用2a12硬铝，金属底板的表面做导电氧化处理。
[0015]
接插件采用sma-k系列，金属底板和接插件之间通过若干个接插件固定螺钉固定。
[0016]
本发明的有益效果是，本发明小型化螺旋天线，与现有技术相比，实现了小型化设计，且天线具有较宽方向图波束，较高的低仰角增益，还具有新型结构简单紧凑，重量轻、成本低、可靠性高，性能稳定的特点，适用于手持机、弹载等导航终端。
附图说明
[0017]
图1是本发明小型化螺旋天线的结构示意图；
[0018]
图2是本发明小型化螺旋天线的俯视示意图；
[0019]
图3是本发明小型化螺旋天线的爆炸图；
[0020]
图4是本发明小型化螺旋天线s11参数仿真结果的示意图；
[0021]
图5是本发明小型化螺旋天线b3天线频点增益方向图仿真结果的示意图；
[0022]
图6是本发明小型化螺旋天线b1天线频点增益方向图仿真结果的示意图。
[0023]
图中，1.微波介质筒，2.馈电探针，3.馈电网络介质板，4.金属结构，5.接插件，6.短辐射臂，7.长辐射臂，8.接地臂，9.馈电网络固定螺钉，10.电桥器件，11.接插件固定螺钉。
具体实施方式
[0024]
下面结合附图和具体实施方式对本发明小型化螺旋天线进行详细说明。
[0025]
本发明小型化螺旋天线，其主体由微波介质筒1、馈电网络3、馈电探针2、金属底板4和接插件5组合而成。
[0026]
微波介质筒1是由通过将柔性微波介质板卷成圆柱体，通过高温胶带将柔性微波介质板缝隙处连接起来形成的。作为一种实施例，柔性微波介质板采用厚度为0.127mm，介电常数2.2系列的柔性微波介质板材，该板材的介电常数较低，损耗较小，适合于可以有效的展宽天线带宽。
[0027]
柔性微波介质板的表面印刷有有四组螺旋臂，每一组螺旋臂由一条长辐射臂7和一条短辐射臂6组成。长辐射臂7辐射北斗b3天线电磁波，短辐射臂6辐射北斗b1天线电磁波。四组螺旋臂通过左手绕法，满足天线右旋圆极化的辐射设计要求。天线一个馈电点对长辐射臂7和短辐射臂6直接馈电，实现双频天线兼容设计，缩减了天线高度。
[0028]
柔性微波介质板的表面还印刷有四条接地臂8，分别分布于每相邻两组的螺旋臂之间。接地臂8主要作用优化天线、调节阻抗匹配。阻抗难以匹配主要是由两个方面引起的：
[0029]
第一是天线直径较小，一般实现北斗b1、北斗b3合成的四臂螺旋天线，天线直径至少在29mm以上才能实现良好的匹配。因为当天线直径减小时，四组螺旋臂越来越近，相互之间干扰，影响了天线的阻抗，导致天线失配；
[0030]
第二是一个馈电点直接馈给相邻的两条辐射臂，相邻的两条辐射臂之间相互影响阻抗难以匹配。通过调节四条接地臂8的宽窄、长短以及与长臂与短臂之间的距离优化天线。即接地臂8宽度变宽，接地臂8与长臂和短臂之间的距离就减小，天线的电容效应增强；接地臂8宽度变窄，接地臂8与长臂和短臂之间的距离就增大，天线的电容效应减小；接地臂8宽度加长，天线的电感效应增强；接地臂8宽度缩短，天线的电感效应减弱，从而实现天线
阻抗匹配。
[0031]
接地臂8底部焊接在馈电网络上表面上金属地上，起到固定螺旋天线的作用。同时也将螺旋天线的地引到了馈电网络地上，馈电网络自身带有多个接地过孔，通过接地过孔将馈电网络上面金属地与下表面金属地联通，馈电网络下表面金属地紧贴于金属底板，最终实现了接地臂、馈电网络和金属底板的共地设计。
[0032]
作为一种实施例，馈电探针2，材料为黄铜，表面镀金处理，馈电探针2一端焊接在天线微波介质板的长辐射臂7和短辐射臂6之间，另外焊接在馈电网络介质板3上，将天线接收的电磁能量进行传输给馈电网络。
[0033]
馈电网络介质板3的材料为微波介质板材，其介电常数为2.2。馈电网络介质板3的表面贴装有电桥器件；电桥器件的功能是：1、将四组辐射臂接收到的电磁能量合路并输出；2、可以提供给四组螺旋臂依次0
°
、90
°
、180
°
、270
°
的相位，满足四组螺旋臂合成圆极化所需要的相位要求；
[0034]
通过电桥器件实现四组螺旋臂依次0
°
、90
°
、180
°
、270
°
的相位；从而实现天线右旋圆极化。馈电网络的电路末端焊接有接插件，并通过接插件输出电磁能量。
[0035]
金属底板4，材料为2a12硬铝，表面做导电氧化处理，上表面与馈电网络3紧贴，通过三个馈电网络固定螺钉9固定。
[0036]
接插件5紧贴金属底板4的下表面，通过两个接插件固定螺钉11固定在金属底板4上，起到固定整个天线的作用。馈电网络固定螺钉9和接插件固定螺钉11可以为m2螺钉。
[0037]
接插件5选用sma-k系列。
[0038]
本发明小型化螺旋天线的直径还可以缩小到19mm，此时b3天线和b1天线整体增益会下降1.5dbi～2dbi左右。但是能通过接地臂8优化和匹配到良好的阻抗。
[0039]
本发明小型化螺旋天线通过一个馈点给长辐射臂7和短辐射臂6同时馈电，长辐射臂7和短辐射臂6同时谐振出了两个频率，通过调整长辐射臂7和短辐射臂6的电长度，使天线谐振在b1天线和b3天线频率，实现b1天线和b3天线双频段信号接收。这样的设计可以缩小天线纵向的尺寸，最终经过优化匹配设计。
[0040]
如图4-图6所示，b3天线s11参数仿真结果为-16db，b1天线s11参数仿真结果为-24db，天线匹配良好。b3天线法相增益为3.5dbi，60
°
增益为1.2dbi；b1天线法相增益为2.6dbi，60
°
增益为0.8dbi。
[0041]
本发明小型化螺旋天线，为了缩减横向尺寸，微波介质筒1的直径由29mm缩减到25mm时，天线呈现出较强的电感效应，天线阻抗出现失配状态。为了减小天线电感小型效应，给天线四组螺旋臂之间引入了四根接地的接地臂8，增加了螺旋天线的电容效应。通过优化四根接地臂8的长度以及与b1天线和b3天线螺旋辐射臂的间距，来调整螺旋天线电容参数，从而使螺旋天线达到匹配的状态。经过仿真计算b3天线法相增益为3.5dbi，60
°
增益为1.2dbi；b1天线法相增益为2.6dbi，60
°
增益为0.8dbi。
[0042]
进一步缩减横向尺寸，微波介质筒1的直径由25mm缩减到19mm，天线电感效应进一步增强，由于四组螺旋辐射臂之间的间距比较近，耦合效应增强，导致b1天线和b3天线整体增益会下降1.5～2dbi；但是仍可以实现阻抗匹配。
[0043]
本发明小型化螺旋天线，其性能较为稳定，在一定程度上能够实现北斗b1和北斗b3天线兼容设计，实现了小型化设计，且具有较宽方向图波束，较高的低仰角增益，还具有
结构便捷、可靠性较高，具有一定的实用性。