一种改善低仰角特性的单螺旋天线

摘要

本发明提出了一种改善低仰角特性的单螺旋天线，包括螺旋(1)、介质支柱(2)、底板(3)、矮套筒(4)、螺柱(5)、连接器(6)。连接器(6)位于底板(3)背面的中心位置，实现单螺旋的同轴馈电，螺旋(1)由介质支柱(2)支撑并辐射圆极化波，矮套筒(4)和八个螺柱(5)均位于底板(3)正面并与底板(3)连接，八个螺柱(5)均匀分布在矮套筒(4)之外，且八个螺柱(5)所处圆周、矮套筒(4)和螺旋(1)具有同一圆心，矮套筒展宽了高频点的辐射方向图和轴比方向图，螺柱展宽了低频点的辐射方向图和轴比方向图，从而有效地改善了天线的低仰角特性，矮套筒和螺柱共同作用，使天线在20％的频率带宽内的性能一致性很好。

权利要求

1.一种改善低仰角特性的单螺旋天线，其特征是，包括螺旋(1)、介质支柱(2)、底板(3)、矮套筒(4)、螺柱(5)、连接器(6)，连接器(6)位于底板(3)背面的中心位置，实现单螺旋的同轴馈电，螺旋(1)由介质支柱(2)支撑并辐射圆极化波，矮套筒(4)和八个螺柱(5)均位于底板(3)正面并与底板(3)连接，八个螺柱(5)均匀分布在矮套筒(4)之外，且八个螺柱(5)所处圆周、矮套筒(4)、螺旋(1)具有同一圆心，螺柱(5)的高度大于矮套筒(4)的高度，八个螺柱(5)所处圆周的直径大于矮套筒(4)的直径，矮套筒(4)的直径大于螺旋(1)的直径。

说明书

一种改善低仰角特性的单螺旋天线

技术领域

[0001] 本发明涉及一种天线圆极化技术，尤其涉及一种改善低仰角特性的宽频带单螺旋天线。

背景技术

[0002] 中心馈电的单螺旋天线作为小增益的圆极化定向天线，应用到空地通信中，具有制作简单、成本很低等优点。该天线的3dB辐射波束宽度为70°左右，轴比特性在3dB辐射波束宽度内往往较好，但在3dB辐射波束宽度之外轴比特性就急剧恶化，致使低仰角特性很差，因此极大地限制了该天线的应用。利用圆环或沿圆周均布的螺柱进行加载，可以改善圆极化天线的轴比性能。例如专利“一种环加载微带贴片天线”（200910243283.1），圆形辐射贴片进行卷边来作为环加载，使工作在1.62～1.68GHz的贴片天线在主极化±15°范围内的轴比从6dB降为2dB。当加载于某些天线时，还可同时展宽辐射和轴比方向图，从而改善低仰角性能，但是往往频率带宽不宽。例如华南理工大学的硕士论文《北斗宽波束及宽带圆极化天线研究》中，采用圆环和螺柱的笼形结构作为寄生单元，加载于四线螺旋，最大增益为2.3dB，3dB轴比波束宽度从100°展宽为156°，3dB功率波束宽度从150°展宽为180°，但天线的频率带宽仅为8%。

发明内容

[0003] 本发明提出了一种改善低仰角特性的单螺旋天线，属于小增益的圆极化定向天线，包括螺旋（1）、介质支柱（2）、底板（3）、矮套筒（4）、螺柱（5）、连接器（6）。连接器（6）位于底板（3）背面的中心位置，连接器（6）的内导体通过通孔穿过底板（3）到底板（3）的正面，并与螺旋（1）的下端相连，实现单螺旋的同轴馈电。螺旋（1）由介质支柱（2）支撑并辐射圆极化波，矮套筒（4）和八个螺柱（5）均位于底板（3）正面并与底板（3）连接，八个螺柱（5）均匀分布在矮套筒（4）之外，且八个螺柱（5）所处圆周、矮套筒（4）和螺旋（1）具有同一圆心。螺柱（5）的高度大于矮套筒（4）的高度，八个螺柱（5）所处圆周的直径大于矮套筒（4）的直径，矮套筒（4）的直径大于螺旋（1）的直径。单独的单螺旋的辐射能量集中于高仰角区而低仰角能量弱，在单螺旋的底板上安装矮套筒和螺柱后，矮套筒可视为高频点的扼流环，高度更高的八个螺柱可视为低频点的扼流环，它们的辐射能量集中于低仰角区，从而弥补了单独的单螺旋的低仰角能量的不足。矮套筒的直径小、高度低，螺柱在大直径的圆周上排列、高度高，二者直径、高低有差别，利于工程实现，且矮套筒的内缘利于加装天线罩和灌胶封装。

[0004] 本发明的有益技术效果是：矮套筒展宽了高频点的辐射方向图和轴比方向图，螺柱展宽了低频点的辐射方向图和轴比方向图，从而有效地改善了天线的低仰角特性，矮套筒和螺柱共同作用，使天线在20%的频率带宽内的性能一致性很好。

附图说明

[0005] 图1、本发明的结构示意图；

[0006] 图2、有、无矮套筒和螺柱时的天线电压驻波比；

[0007] 图3、有、无矮套筒和螺柱时，低频点的天线辐射方向图；

[0008] 图4、有、无矮套筒和螺柱时，中心频点的天线辐射方向图；

[0009] 图5、有、无矮套筒和螺柱时，高频点的天线辐射方向图；

[0010] 图6、有、无矮套筒和螺柱时，低频点的天线轴比方向图；

[0011] 图7、有、无矮套筒和螺柱时，中心频点的天线轴比方向图；

[0012] 图8、有、无矮套筒和螺柱时，高频点的天线轴比方向图；

[0013] 图中1.螺旋,2.介质支柱,3.底板，4. 矮套筒，5.螺柱，6.连接器。

具体实施方式

[0014] 以下结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述。

[0015] 如图1所示，本发明包括螺旋（1）、介质支柱（2）、底板（3）、矮套筒（4）、螺柱（5）、连接器（6）。连接器（6）位于底板（3）背面的中心位置，连接器（6）的内导体通过通孔穿过底板（3）到底板（3）的正面，并与螺旋（1）的下端相连，螺旋（1）由介质支柱（2）支撑并辐射圆极化波，矮套筒（4）位于底板正面，矮套筒（4）外均匀分布了八个螺柱（5），矮套筒（4）和螺柱（5）共同作用，改善了天线的低仰角特性。

[0016] 一个具体实施例:底板直径为0.8λ；矮套筒的直径为0.42λ，高度为0.07λ；8个螺柱均匀分布在直径为0.5λ的圆周上，高度为0.15λ。螺旋两圈，螺旋线的直径2mm，螺圈直径0.275λ，单圈螺旋高度为0.16λ。工作频带为0.9 ～1.1  ， 为中心频率。

[0017] 研究发现，没有矮套筒和螺柱的单螺旋天线，频带内3dB波束宽度不均匀，低仰角性能很差。增加矮套筒和螺柱后，辐射方向图和轴比方向图展宽，天线的低仰角特性得到极大改善；其中，矮套筒改善了高频点的天线性能，螺柱改善了低频点的天线性能，二者共同作用，使得20%的频率带宽内的天线性能一致性很好。

[0018] 如图2所示，横坐标表示工作频率，纵坐标表示电压驻波比，虚线曲线表示无矮套筒和螺柱时的天线电压驻波比，实线曲线表示有矮套筒和螺柱时的天线电压驻波比。对比两条曲线可以看出，矮套筒和螺柱对天线的电压驻波比影响不大。

[0019] 如图3～图5所示，横坐标表示方位角，纵坐标表示增益，虚线曲线表示无矮套筒和螺柱时的辐射方向图，实线曲线表示有矮套筒和螺柱时的辐射方向图。可以看出，矮套筒和螺柱有效地展宽了辐射方向图，3dB波束宽度从65°～73°展宽到85°～87°，±90°处的增益从-12.5dBi～17.5dBi增大到-5dBi， 20%频带内的波束宽度和增益的一致性更好。

[0020] 如图6～图8所示，横坐标表示方位角，纵坐标表示轴比，虚线曲线表示无矮套筒和螺柱时的轴比方向图，实线曲线表示有矮套筒和螺柱时的轴比方向图。可以看出，矮套筒和螺柱有效地展宽了轴比方向图，改善后的轴比在±50°内小于3dB、±90°内小于8dB，20%频带内的轴比方向图的一致性更好。