本實(shí)用新型涉及衛(wèi)星通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有雙頻寬帶功能的四臂螺旋天線。

背景技術(shù)：

近年來，隨著衛(wèi)星導(dǎo)航、衛(wèi)星通信的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，四臂螺旋天線作為這些系統(tǒng)的前端設(shè)備，其性能指標(biāo)的優(yōu)劣，對(duì)于衛(wèi)星通信手持終端和射頻識(shí)別讀卡設(shè)備的性能起著極其重要的作用。另外，為了便于衛(wèi)星通信終端和射頻識(shí)別系統(tǒng)的大規(guī)模推廣應(yīng)用，系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)成本和體積大小都是至關(guān)重要的考慮因素，作為其中重要部件的圓極化天線，在保證較高性能指標(biāo)的前提下，必須具備成本低廉、結(jié)構(gòu)緊湊和體積小巧的特點(diǎn)。在對(duì)四臂螺旋天線的饋電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行饋電時(shí)，需要對(duì)饋電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于現(xiàn)在的四臂螺旋天線都需要多頻化、寬帶化、小型化。而現(xiàn)有的饋電網(wǎng)絡(luò)體積龐大，不利于四臂螺旋天線射頻前端的集成。而且大多工作在單一頻點(diǎn)，不利于在多頻或?qū)拵l件下工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的主要目的提供一種具有雙頻寬帶功能的四臂螺旋天線，旨在解決現(xiàn)有的饋電網(wǎng)絡(luò)體積龐大，不利于四臂螺旋天線射頻前端的集成，而且大多工作在單一頻點(diǎn)，不利于在多頻或?qū)拵l件下工作的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種具有雙頻寬帶功能的四臂螺旋天線，包括圓柱形輻射體和饋電網(wǎng)絡(luò)，所述圓柱形輻射體的外表面設(shè)置有四條螺旋輻射臂，每一條螺旋輻射臂的一端設(shè)置有一個(gè)金屬柱，所述饋電網(wǎng)絡(luò)包括同軸連接器、第一端口、第二端口、第三端口、第四端口、第一雙頻耦合器和第二雙頻耦合器，其中：

四條螺旋輻射臂通過各自的金屬柱依次連接在第一端口的輸出端、第二端口的輸出端、第三端口的輸出端、第四端口的輸出端；

同軸連接器的信號(hào)線連接至第一雙頻耦合器的輸入端，同軸連接器的地線連接至第二雙頻耦合器的輸入端；

第一雙頻耦合器的直通端連接至第一端口的輸入端，第一雙頻耦合器的耦合端連接至第二端口的輸入端，第一雙頻耦合器的隔離端連接至第一電阻；

第二雙頻耦合器的直通端連接至第四端口的輸入端，第二雙頻耦合器的耦合端連接至第三端口的輸入端，第二雙頻耦合器的隔離端連接至第二電阻。

優(yōu)選的，所述每一條螺旋輻射臂由兩根微帶線構(gòu)成，其中第二根微帶線呈L型且與第一根微帶線連接。

優(yōu)選的，所述同軸連接器、第一端口、第二端口、第三端口和第四端口的阻抗均為50Ω。

優(yōu)選的，所述第一電阻和第二電阻的電阻值均為50Ω。

優(yōu)選的，所述第一雙頻耦合器和第二雙頻耦合器均包括四個(gè)雙枝節(jié)阻抗匹配器和一個(gè)分支線耦合器，所述分支線耦合器的四個(gè)聯(lián)接端對(duì)應(yīng)連接四個(gè)雙枝節(jié)阻抗匹配器上。

優(yōu)選的，所述雙枝節(jié)阻抗匹配器包括傳輸線Z1和傳輸線Z2，傳輸線Z1與傳輸線Z2串接。

優(yōu)選的，所述傳輸線Z1的阻抗為85Ω，所述傳輸線Z2的阻抗為62Ω。

優(yōu)選的，所述分支線耦合器包括兩節(jié)傳輸線Z3和兩節(jié)傳輸線Z4，所述傳輸線Z3和傳輸線Z4交替串接成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述傳輸線Z3的阻抗為24Ω，所述傳輸線Z4的阻抗為33Ω。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型所述具有雙頻寬帶功能的四臂螺旋天線采用上述技術(shù)方案，達(dá)到了如下技術(shù)效果：由于饋電網(wǎng)絡(luò)可以為四臂螺旋天線分別提供等幅的0°、-90°、-180°和-270°移相，使得四臂螺旋天線可以獲得優(yōu)良的圓極化性能。通過對(duì)耦合器的合理布設(shè)，實(shí)現(xiàn)饋電網(wǎng)絡(luò)的小型化。此外，通過饋電網(wǎng)絡(luò)的雙頻耦合器的阻抗匹配實(shí)現(xiàn)雙頻特性，如果兩個(gè)頻點(diǎn)挨得比較近，可以實(shí)現(xiàn)寬帶特性。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型具有雙頻寬帶功能的四臂螺旋天線優(yōu)選實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型具有雙頻寬帶功能的四臂螺旋天線的輻射體的平面展開示意圖；

圖3是本實(shí)用新型具有雙頻寬帶功能的四臂螺旋天線的饋電網(wǎng)絡(luò)的電路示意圖；

圖4是本實(shí)用新型具有雙頻寬帶功能的四臂螺旋天線的饋電網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù)仿真結(jié)果示意圖；

圖5是本實(shí)用新型具有雙頻寬帶功能的四臂螺旋天線的饋電網(wǎng)絡(luò)的相位差仿真結(jié)果示意圖。

本實(shí)用新型目的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，將在具體實(shí)施方式部分一并參照附圖做進(jìn)一步說明。

具體實(shí)施方式

為更進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型為達(dá)成上述目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式、結(jié)構(gòu)、特征及其功效進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

參照?qǐng)D1所示，圖1是本實(shí)用新型具有雙頻寬帶功能的四臂螺旋天線優(yōu)選實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖。在本實(shí)施例中，所述具有雙頻寬帶功能的四臂螺旋天線包括饋電網(wǎng)絡(luò)10和圓柱形輻射體20，所述圓柱形輻射體20的外表面設(shè)置有四條螺旋輻射臂30，每一條螺旋輻射臂30的一端設(shè)置有一個(gè)金屬柱40。四條螺旋輻射臂30通過各自的金屬柱40依次連接在饋電網(wǎng)絡(luò)10的四個(gè)端口(參考圖3所示的第一端口P1、第二端口P2、第三端口P3、第四端口P4)的輸出端，所述饋電網(wǎng)絡(luò)10集成在PCB板上。PCB板采用具體的板材類型為RO4350B，其中相對(duì)介電常數(shù)3.48，板厚為0.762mm。

參考圖2所示，圖2是本實(shí)用新型具有雙頻寬帶功能的四臂螺旋天線的輻射體的平面展開示意圖。所述圓柱形輻射體20由柔軟輕薄的介質(zhì)板制成，具體的板材類型為FR4型的介質(zhì)板，其中相對(duì)介電常數(shù)2.2，將介質(zhì)板彎曲成中空的圓柱形輻射體20。四條螺旋輻射臂30印制在圓柱形輻射體20的介質(zhì)板上，優(yōu)選的，相鄰兩條螺旋輻射臂30之間的垂直距離L0為51mm。每一條螺旋輻射臂30由兩根微帶線組成，第二根微帶線呈L型并與第一根微帶線連接。其中，第一根微帶線的長(zhǎng)度L1為142mm、寬度L2為12mm，第二根微帶線呈L型的L4長(zhǎng)度為138mm、寬度L5為5mm。第一根微帶線和第二根微帶線之間的連接長(zhǎng)度L3為10.5mm。

參照?qǐng)D3所示，圖3是圖1中所示的饋電網(wǎng)絡(luò)10優(yōu)選實(shí)施例的電路示意圖。在本實(shí)施例中，所述的饋電網(wǎng)絡(luò)10包括同軸連接器P0、第一端口P1、第二端口P2、第三端口P3、第四端口P4、第一雙頻耦合器1和第二雙頻耦合器2。所述同軸連接器P0為一個(gè)阻抗值為50Ω的同軸連接器，作為饋電網(wǎng)絡(luò)10的同軸饋電輸入端。在本實(shí)施例中，同軸連接器P0的信號(hào)線連接至第一雙頻耦合器1的輸入端，同軸連接器P0的地線連接至第二雙頻耦合器2的輸入端。其中：第一雙頻耦合器1的直通端連接至第一端口P1的輸入端、第一雙頻耦合器1的耦合端連接至第二端口P2的輸入端、第一雙頻耦合器1的隔離端連接至第一電阻R1。第二雙頻耦合器2的直通端連接至第四端口P4的輸入端、第二雙頻耦合器2的耦合端連接至第三端口P3的輸入端、第二雙頻耦合器2的隔離端連接至第二電阻R2。所述第一電阻R1和第二電阻R2的電阻值均優(yōu)選為50Ω，所述同軸連接器P0、第一端口P1、第二端口P2、第三端口P3和第四端口P4的阻抗均優(yōu)選為50Ω。

所述第一雙頻耦合器1和第二雙頻耦合器2均包括四個(gè)雙枝節(jié)阻抗匹配器11和一個(gè)分支線耦合器12，所述分支線耦合器12的四個(gè)聯(lián)接端對(duì)應(yīng)連接至四個(gè)雙枝節(jié)阻抗匹配器11上，即分支線耦合器12的一個(gè)聯(lián)接端連接一個(gè)雙枝節(jié)阻抗匹配器11。每一個(gè)雙枝節(jié)阻抗匹配器11包括一節(jié)傳輸線Z1和一節(jié)傳輸線Z2，其中傳輸線Z1與傳輸線Z2串接。所述分支線耦合器12包括兩節(jié)傳輸線Z3和兩節(jié)傳輸線Z4，所述兩節(jié)傳輸線Z3和兩節(jié)傳輸線Z4交替串接成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，所述傳輸線Z1的阻抗優(yōu)選為85Ω，傳輸線Z2的阻抗優(yōu)選為62Ω，傳輸線Z3的阻抗優(yōu)選為24Ω，以及傳輸線Z4的阻抗優(yōu)選為33Ω。

在本實(shí)施例中，所述第一雙頻耦合器1和第二雙頻耦合器2均由十二節(jié)傳輸線組成，每一節(jié)傳輸線的電長(zhǎng)度均為1/4波長(zhǎng)，即傳輸線Z1、傳輸線Z2、傳輸線Z3和傳輸線Z4的電長(zhǎng)度都為1/4波長(zhǎng)。由于分支線耦合器12的四個(gè)聯(lián)接端對(duì)應(yīng)連接至四個(gè)雙枝節(jié)阻抗匹配器11上，可以在兩個(gè)頻率上實(shí)現(xiàn)阻抗變換。如果這兩個(gè)頻率間隔很遠(yuǎn)(例如等于或大于1GHz)，此時(shí)第一雙頻耦合器1和第二雙頻耦合器2實(shí)現(xiàn)雙頻特性，如果這兩個(gè)頻率間隔很近(例如小于200MHz)，此時(shí)第一雙頻耦合器1和第二雙頻耦合器2實(shí)現(xiàn)寬帶特性。

結(jié)合圖3所示，同軸連接器P0的同軸饋電信號(hào)線(假設(shè)為0°的信號(hào)移相)連接至第一雙頻耦合器1上，可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)90°的移相，即第一端口P1輸出0°的信號(hào)移相，第二端口P2輸出-90°的信號(hào)移相，同軸連接器P0的同軸饋電的地線，此時(shí)等效為-180°的信號(hào)移相。同軸連接器P0通過同軸饋電的地線連接到第二雙頻耦合器2后，也可以實(shí)現(xiàn)90°的信號(hào)移相，即第三端口P3輸出-180°的信號(hào)移相，端口P5輸出-270°的信號(hào)移相。

參考圖4所示，圖4是本實(shí)用新型具有雙頻寬帶功能的四臂螺旋天線的饋電網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù)仿真結(jié)果示意圖。從圖4可以看出，在1.75GHz到2.35GHz內(nèi)，同軸連接器P00的反射系數(shù)|S₀₀|在-10dB以下，說明饋電網(wǎng)絡(luò)10的相對(duì)帶寬可以達(dá)到39％，實(shí)現(xiàn)了饋電網(wǎng)絡(luò)的寬帶特性。當(dāng)相對(duì)于同軸連接器P00的四個(gè)輸出端口得到的信號(hào)能量(如圖2中的|S₁₀|、|S₂₀|、|S₃₀|、|S₄₀|)在-6dB附近，說明信號(hào)能量可以從同軸連接器P00被近似于四等分的分配到四個(gè)輸出端上，即信號(hào)能量可以從同軸連接器P00均等地分配到第一端口P1、第二端口P2、第三端口P3和第四端口P4。

參考圖5所示，圖5是本實(shí)用新型具有雙頻寬帶功能的四臂螺旋天線的饋電網(wǎng)絡(luò)的相位差仿真結(jié)果示意圖。從圖5中可以看出，相鄰端口間的相位差基本穩(wěn)定在90°移相附近，這說明饋電網(wǎng)絡(luò)10的四個(gè)輸出端口(第一端口P1、第二端口P2、第三端口P3和第四端口P4)之間有優(yōu)良的移相效果。結(jié)合圖4所示，四個(gè)端口之間輸出的信號(hào)是等幅，相位依次相差90°移相。

本實(shí)用新型所述具有雙頻寬帶功能的四臂螺旋天線利用饋電網(wǎng)絡(luò)為四臂螺旋天線分別提供等幅的0°、-90°、-180°和-270°移相，使得四臂螺旋天線可以獲得優(yōu)良的圓極化性能。此外，通過對(duì)饋電網(wǎng)絡(luò)的雙頻耦合器的合理布設(shè)，實(shí)現(xiàn)饋電網(wǎng)絡(luò)的小型化。通過雙頻耦合器的阻抗匹配實(shí)現(xiàn)雙頻特性，如果兩個(gè)頻點(diǎn)挨得比較近，可以實(shí)現(xiàn)寬帶特性。

以上僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效功能變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。