專利名稱：多饋多臂平面寬帶印刷螺旋天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，具體講是一種多饋多臂平面寬帶印刷螺旋天線， 可用于全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GNSS對(duì)大地高精度測(cè)量。
背景技術(shù)：
近幾年，衛(wèi)星導(dǎo)航在國(guó)內(nèi)、外得到了迅速的發(fā)展，美國(guó)的GPS，已由L1、L2頻段擴(kuò)展到L5頻段，我國(guó)獨(dú)立自主的建成了北斗一號(hào)，三年前又利用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，正在加快步伐建設(shè)包括Bi，B2和B3頻段的BD2的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，到目前為至，已有8顆導(dǎo)航衛(wèi)星升空。 市場(chǎng)上用于大地測(cè)量型的許多用戶，都需要使用頻率既包括GPS的L1/L2和L5頻段，我國(guó) BD2的B1/B2/B3，還要包括俄羅斯的GL0NASS和歐洲的Galileo在內(nèi)的多模多頻高精度天線。該天線不僅要頻段寬，而且要有1. 5 2mm穩(wěn)定的相位中心，為了扼制多徑干擾造成的測(cè)量誤差，除要求天線具有低軸比，高前后比，大滾降系數(shù)等電參數(shù)外，還要具有扼制表面波的能力。為此，已有技術(shù)采用二臂或四臂平面Archimedean螺旋天線來(lái)實(shí)現(xiàn)寬頻帶，用行波環(huán)形漏波微帶線實(shí)現(xiàn)四饋或多饋來(lái)實(shí)現(xiàn)低的相位中心。用行波環(huán)形漏波微帶線雖能實(shí)現(xiàn)多饋，但由于饋線末端接電阻，造成天饋系統(tǒng)效率的降低，加上天線背腔無(wú)高阻平面，使得表面波傳播及邊緣繞射，易產(chǎn)生多徑干擾降低測(cè)量精度。針對(duì)這一缺陷，已有技術(shù)通常用三維圓錐形扼流環(huán)地面減小多徑干擾造成的測(cè)量誤差，但這種常用三維圓錐形扼流環(huán)地面由于其尺寸過(guò)大，重量過(guò)重，成本高，而不能滿足許多便攜式用戶希望使用尺寸小、重量輕，成本低的要求。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的針對(duì)上述已有技術(shù)的不足，提供一種多饋多臂平面寬帶印刷螺旋天線，以提高輻射效率和帶寬及前后比，實(shí)現(xiàn)對(duì)多徑干擾的扼制，同時(shí)減小體積，降低成本。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提出如下兩種技術(shù)方案技術(shù)方案1 本實(shí)用新型包括天線輻射體，饋電網(wǎng)絡(luò)和背腔，輻射體印制在基板的正面，其中，輻射體采用由四臂有源線螺旋和四臂寄生線螺旋組成的八臂共面 Archimedean印刷線螺旋結(jié)構(gòu)，且四臂有源線螺旋天線分別位于0°，90°，180°和270° 的位置處，四臂寄生線螺線分別位于45°，135°，225°和315°的位置處，該有源線螺旋通過(guò)耦合為寄生線螺旋饋電；基板通過(guò)背腔固定在由水平扼流環(huán)地面和垂直扼流環(huán)地面構(gòu)成的一體組合高阻平面上。所述的水平扼流環(huán)地面采用一對(duì)水平金屬環(huán)和兩個(gè)平面槽底一體結(jié)構(gòu)；垂直扼流環(huán)地面采用三個(gè)垂直金屬環(huán)和三個(gè)平面槽底一體結(jié)構(gòu)。所述的饋電網(wǎng)絡(luò)由反相二等功分器和一對(duì)3db電橋組成，輸出幅度相等，差為 0°、90° ,180° 和 270° 的相位。所述的背腔采用深度約為λ/4的圓形背腔，其四周為環(huán)形金金屬壁，該背腔內(nèi)安裝有饋電網(wǎng)絡(luò)和微帶饋線組，并固定在組合高阻平面的水平扼流環(huán)地面的頂部。所述的有源線螺旋，通過(guò)微帶饋線組與饋電網(wǎng)絡(luò)相連饋電，并通過(guò)共面近距離耦合為四臂寄生線螺線饋電，實(shí)現(xiàn)八饋。技術(shù)方案2 本實(shí)用新型包括天線輻射體，饋電網(wǎng)絡(luò)和背腔，輻射體印制在基板的正面，其中，輻射體采用四臂有源線螺旋和八臂寄生線螺旋共面的十二臂Archimedean印刷線螺旋結(jié)構(gòu)，該四臂螺旋有源線螺旋分別位于0°，90°，180°和270°的位置處，該八臂寄生線螺旋分別位于30°，60°，120°，150，° 210° ,240°，300°，330°的位置處，四臂有源線螺旋為八臂寄生線螺旋耦合饋電；基板通過(guò)背腔固定在由水平扼流環(huán)地面和垂直扼流環(huán)地面構(gòu)成的一體組合高阻平面上。所述的垂直扼流環(huán)地面采用三個(gè)垂直金屬環(huán)和三個(gè)平面槽底為一體結(jié)構(gòu)；水平扼流環(huán)地面采用一對(duì)水平金屬環(huán)和兩個(gè)平面槽底的一體結(jié)構(gòu)。所述的有源線螺旋分別通過(guò)微帶線組與饋電網(wǎng)絡(luò)相連饋電，并通過(guò)共面近距離耦合為八臂寄生線螺線饋電，實(shí)現(xiàn)十二饋。本實(shí)用新型由于采用有源饋電和共面耦合饋電相結(jié)合的技術(shù)為帶有背腔的八臂平面Archimedean印刷螺旋天線饋電，既提高了天線輻射效率，又展寬了天線阻抗帶寬。同時(shí)由于采用水平三維扼流環(huán)地面和垂直扼流環(huán)地面組成的高阻地面，展寬了高阻地面的帶寬，提高了天線前后比，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多徑干擾的有效扼制，克服了已有三維圓錐形扼流環(huán)地面尺寸過(guò)大，重量過(guò)重，成本高的缺點(diǎn)。實(shí)測(cè)表明本實(shí)用新型的頻帶為1100-1620MHZ。頻帶內(nèi)電壓駐波比VSWR ^ 2. 0 ； 軸向軸比< 2dB;前后比> 25dB;軸向增益4 6dBic。本實(shí)用新型的目的，特征及優(yōu)點(diǎn)，
以下結(jié)合附圖作詳細(xì)說(shuō)明。
圖1是本實(shí)用新型的第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型第一實(shí)施例輻射單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型第二實(shí)施例輻射單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型微帶饋線組中的一根微帶線結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本實(shí)用新型饋電網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)方框圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1參照?qǐng)D1，本實(shí)用新型主要由天線輻射體22、微帶饋電網(wǎng)絡(luò)7、微帶饋線組6、背腔 5、低噪聲放大器8和三維扼流環(huán)組合高阻地面組成。其中天線輻射體22的結(jié)構(gòu)如圖2所示，它采用由四臂有源線螺旋和四臂寄生線螺旋組成的八臂平面Archimedean印刷線螺旋結(jié)構(gòu)，且四臂有源線螺旋23，25，27，29分別位于 0°，90°，180°和270°的位置處；四臂寄生線螺線24，洸，28，30分別位于45°，135°， 225°和315°的位置處。為了減小反射波和改善軸比，該八臂平面Archimedean印刷螺旋線末端漸變，印刷在基板48的正面200上，每個(gè)臂的印刷螺旋線均由靠近圓心的直線部分、 圓弧部分和末端漸變部分組成，即有源饋電的第一臂由靠近圓心的直線部分31和圓弧部分23及末端漸變部分39組成；有源饋電的第二臂由靠近圓心的直線部分33和圓弧部分29及末端漸變部分45組成；有源饋電的第三臂由靠近圓心的直線部分35和圓弧部分27及末端漸變部分43組成；有源饋電的第四臂由靠近圓心的直線部分37和圓弧部分25及末端漸變部分41組成；寄生耦合饋電的第一臂由靠近圓心的直線部分32和圓弧部分30及末端漸變部分46組成；寄生耦合饋電的第二臂由靠近圓心的直線部分34和圓弧部分觀及末端漸變部分44組成；寄生耦合饋電的第三臂由靠近圓心的直線部分36和圓弧部分沈及末端漸變部分42組成；寄生耦合饋電的第四臂由靠近圓心的直線部分38和圓弧部分M及末端漸變部分40組成。微帶饋線組6，由四根微帶線601，602，603，604組成，其中微帶線601由帶線101 和地102組成，如圖4所示；微帶線602由帶線111和地112組成；微帶線603由帶線121 和地122組成；微帶線604由帶線131和地132組成，圖中未畫出。所述的帶線101、111、 121、131的上端分別與基板48上的四臂有源線螺旋23，25，27，29相連，其下端分別與微帶饋電網(wǎng)絡(luò)7的輸入端連接。微帶饋電網(wǎng)絡(luò)7，由反相二等功分器51和一對(duì)3db電橋52、53組成，為八臂平面 Archimedean印刷螺旋線的有源線四臂螺旋饋電提供幅度相等和0°、90°、180°、270° 的相位，如圖5所示。有源線螺旋23，25，27，29，通過(guò)微帶饋線組6中的四根微帶線601， 602，603，604與饋電網(wǎng)絡(luò)7相連饋電，并通過(guò)共面近距離耦合為四臂寄生線螺線24，26,28, 30饋電，實(shí)現(xiàn)八饋。三維扼流環(huán)組合高阻地面，由水平三維扼流環(huán)地面2和垂直扼流環(huán)地面3組成一體結(jié)構(gòu)。水平三維扼流環(huán)地面2采用兩個(gè)水平金屬環(huán)12，13和兩個(gè)平面槽底20，21的一體結(jié)構(gòu)，但不限于兩個(gè)，槽的寬度wl為λ/16，金屬環(huán)的高度hi為λ/4;垂直扼流環(huán)地面3采用三個(gè)垂直金屬環(huán)14，15，16和三個(gè)平面槽底19，18，17的一體結(jié)構(gòu)，但不限于三個(gè)，槽的寬度《2為低頻段λ/16，金屬環(huán)的高度h2為低頻段λ/4，槽的寬度w3為高頻段λ/16，金屬環(huán)的高度h3為低頻帶λ/4。背腔5，采用深度約為λ/4的圓形背腔，其四周為環(huán)形金屬壁，近似于口杯狀，該背腔內(nèi)安裝有饋電網(wǎng)絡(luò)7和微帶饋線組6，并固定在組合高阻平面的水平扼流環(huán)地面2的頂部。該背腔將八臂平面Archimedean印刷線螺旋的雙向輻射變?yōu)閱蜗蜉椛??；?8水平安裝在背腔5的開(kāi)口處，背腔5的背面安裝有低噪聲放大器8。微帶饋線組6插接于基板48 的下方，微帶饋電網(wǎng)絡(luò)7位于背腔5的底部，其輸出端與低噪聲放大器8的輸入端連接。位于三維扼流環(huán)組合高阻地面的底部的設(shè)有射頻插座10，該射頻插座10通過(guò)射頻電纜9與低噪聲放大器8的輸出端連接。用戶通過(guò)三維扼流環(huán)組合高阻地面下方的固定裝置11安裝使用其天線。實(shí)施例2本實(shí)用新型主要有天線輻射體94，饋電網(wǎng)絡(luò)7、背腔5和組合高阻平面組成，輻射體94印制在基板48的正面，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。它采用四臂有源線螺旋和八臂寄生線螺旋共面的十二臂Archimedean印刷線螺旋結(jié)構(gòu)。其中四臂有源線螺旋57，60，63，67分別位于0°，90°，180°和270°的位置處；八臂寄生線螺旋58，59，61，62，64，65，55和56分別位于30°，60°，120°，150，° 210°，240°，300°，330°的位置處。為了減小反射波和改善軸比，該十二臂平面Archimedean印刷線螺旋末端漸變，每個(gè)臂的印刷螺旋線均由靠近圓心的直線部分、圓弧部分和末端漸變部分組成，即有源饋電的第一臂由靠近圓心的直線部分71和圓弧部分57及末端漸變部分83組成；有源饋電的第二臂由靠近圓心的直線部分74和圓弧部分60及末端漸變部分86組成；有源饋電的第三臂由靠近圓心的直線部分77 和圓弧部分63及末端漸變部分89組成；有源饋電的第四臂由靠近圓心的直線部分68和圓弧部分67及末端漸變部分80組成；寄生耦合饋電的第一臂由靠近圓心的直線部分72和圓弧部分58及末端漸變部分84組成；寄生耦合饋電的第二臂由靠近圓心的直線部分73和圓弧部分59及末端漸變部分85組成；寄生耦合饋電的第三臂由靠近圓心的直線部分75和圓弧部分61及末端漸變部分87組成；寄生耦合饋電的第四臂由靠近圓心的直線部分76和圓弧部分62及末端漸變部分88組成；寄生耦合饋電的第五臂由靠近圓心的直線部分78和圓弧部分64及末端漸變部分90組成；寄生耦合饋電的第六臂由靠近圓心的直線部分79和圓弧部分65及末端漸變部分91組成；寄生耦合饋電的第七臂由靠近圓心的直線部分69和圓弧部分陽(yáng)及末端漸變部分81組成；寄生耦合饋電的第八臂由靠近圓心的直線部分70和圓弧部分56及末端漸變部分82組成。微帶饋線組6，由四根微帶線601，602，603，604組成，其中微帶線601由帶線101 和地102組成，如圖4所示；微帶線602由帶線111和地112組成；微帶線603由帶線121 和地122組成；微帶線604由帶線131和地132組成，圖中未畫出。所述的帶線101、111、 121,131的上端分別與基板48上的四臂有源螺旋線57，60，63，67相連，其下端分別與微帶饋電網(wǎng)絡(luò)7的輸入端連接。微帶饋電網(wǎng)絡(luò)7，由反相二等功分器51和一對(duì)3db電橋52、53組成，為十二臂平面 Archimedean印刷線螺旋的四臂有源線螺旋饋電，提供幅度相等和0°、90°、180°、270° 的相位，如圖5所示。有源線螺旋57，60，63，67，通過(guò)微帶饋線組6中的四根微帶線601， 602，603，604與饋電網(wǎng)絡(luò)7相連饋電，并通過(guò)共面近距離耦合為八個(gè)寄生線螺線58，59，61， 62，64，65，55和56饋電，實(shí)現(xiàn)十二饋。背腔5，用于將八臂平面Archimedean印刷線螺旋的雙向輻射變?yōu)閱蜗蜉椛?，其采用深度約為λ/4的圓形背腔，四周為環(huán)形金屬壁，近似于口杯狀，該背腔內(nèi)安裝有饋電網(wǎng)絡(luò)7和微帶饋線組6，并固定在組合高阻平面的水平扼流環(huán)地面2的頂部或底部。背腔5的開(kāi)口處水平安裝基板48，背腔5的背面安裝有低噪聲放大器8。微帶饋線組6插接于基板 48的下方，微帶饋電網(wǎng)絡(luò)7位于背腔5內(nèi)的底部，其輸出端與低噪聲放大器8的輸入端連接。三維扼流環(huán)組合高阻地面，由水平三維扼流環(huán)地面2和垂直扼流環(huán)地面3組成一體結(jié)構(gòu)。水平三維扼流環(huán)地面2采用兩個(gè)水平金屬環(huán)12，13和兩個(gè)平面槽底20，21的一體結(jié)構(gòu)，但不限于兩個(gè)，槽的寬度wl為λ/16，金屬環(huán)的高度hi為λ/4;垂直扼流環(huán)地面3 采用三個(gè)垂直金屬環(huán)14，15，16和三個(gè)平面槽底19，18，17的一體結(jié)構(gòu)，但不限于三個(gè)，槽的寬度《2為低頻段λ/16，金屬環(huán)的高度h2為低頻段λ/4，槽的寬度w3為高頻段λ/16，金屬環(huán)的高度h3為低頻帶λ/4。三維扼流環(huán)組合高阻地面的底部設(shè)有射頻插座10，該射頻插座10通過(guò)射頻電纜9與低噪聲放大器8的輸出端連接。三維扼流環(huán)組合高阻地面下方設(shè)有固定裝置11，用戶通過(guò)固定裝置安裝使用其天線。本實(shí)用新型不局限于上述實(shí)例，顯然，根據(jù)本實(shí)用新型的思想可作出多種結(jié)構(gòu)的組合，但任何根據(jù)本實(shí)用新型思想的組合均在本實(shí)用新型的保護(hù)之列。
權(quán)利要求1.一種多饋多臂平面寬帶印刷螺旋天線，包括天線輻射體(22)，饋電網(wǎng)絡(luò)(7)和背腔 (5)，輻射體02)印制在基板08)的正面，其特征在于，輻射體采用由四臂有源線螺旋和四臂寄生線螺旋組成的八臂共面Archimedean印刷線螺旋結(jié)構(gòu)，且四臂有源線螺旋(23，25， 27，29)分別位于0°，90°，180°和270°的位置處，四臂寄生線螺線(24，26，沘，30)分別位于45°，135°，225°和315°的位置處，該有源線螺旋通過(guò)耦合為寄生線螺旋饋電；基板G8)通過(guò)背腔(5)固定在由水平扼流環(huán)地面( 和垂直扼流環(huán)地面C3)構(gòu)成的一體組合高阻平面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面寬帶螺旋天線，其特征在于水平扼流環(huán)地面( 采用一對(duì)水平金屬環(huán)(12，1 和兩個(gè)平面槽底00，21) —體結(jié)構(gòu)；垂直扼流環(huán)地面C3)采用三個(gè)垂直金屬環(huán)(14，15，16)和三個(gè)平面槽底(19，18，17) 一體結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面寬帶螺旋天線，其特征在于饋電網(wǎng)絡(luò)(7)由反相二等功分器(51)和一對(duì)3db電橋(52,53)組成，輸出幅度相等，差為0°、90°、180°和270° 的相位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面寬帶螺旋天線，其特征在于背腔(5)采用深度約為 λ/4的圓形背腔，其四周為環(huán)形金屬壁，該背腔內(nèi)安裝有饋電網(wǎng)絡(luò)(7)和微帶饋線組(6)， 并固定在組合高阻平面的水平扼流環(huán)地面O)的頂部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面寬帶螺旋天線，其特征在于有源線螺旋03，25，27， 四)，通過(guò)微帶饋線組(6)中的四根微帶線(601，602，603，604)與饋電網(wǎng)絡(luò)(7)相連饋電， 并通過(guò)共面近距離耦合為四臂寄生線螺線( ，26，觀，30)饋電，實(shí)現(xiàn)八饋。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面寬帶螺旋天線，其特征在于八臂平面Archimedean印刷螺旋線末端漸變，每個(gè)臂的印刷螺旋線均由靠近圓心的直線部分、圓弧部分和末端漸變部分組成。
7.一種多饋多臂平面寬帶印刷螺旋天線，包括天線輻射體(94)，饋電網(wǎng)絡(luò)(7)和背腔 (5)，輻射體(94)印制在基板08)的正面，其特征在于，輻射體采用四臂有源線螺旋和八臂寄生線螺旋共面的十二臂Archimedean印刷線螺旋線結(jié)構(gòu)，該四臂螺旋有源線螺旋(57， 60，63，67)分別位于0°，90°，180°和270°的位置處，該八臂寄生線螺旋(58，59，61，62， 64，65，55 和 56)分別位于 30°，60°，120°，150°，210°，240°，300°，330° 的位置處， 四臂有源線螺旋為八臂寄生線螺旋耦合饋電；基板G8)通過(guò)背腔(5)固定在由水平扼流環(huán)地面( 和垂直扼流環(huán)地面C3)構(gòu)成的一體組合高阻平面上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的平面寬帶螺旋天線，其特征在于垂直扼流環(huán)地面C3)采用三個(gè)垂直金屬環(huán)(14，15，16)和三個(gè)平面槽底(19，18，17) —體結(jié)構(gòu)；水平扼流環(huán)地面(2)采用一對(duì)水平金屬環(huán)(12，13)和兩個(gè)平面槽底00，21) —體結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的平面寬帶螺旋天線，其特征在于十二臂平面Archimedean印刷螺旋線末端漸變，每個(gè)臂的印刷螺旋線均由靠近圓心的直線部分、圓弧部分和末端漸變部分組成。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的平面寬帶螺旋天線，其特征在于有源螺旋線(57，60，63， 67)分別通過(guò)四根微帶線(601，602，603，604)與饋電網(wǎng)絡(luò)(7)相連饋電，并通過(guò)共面近距離耦合為八臂寄生線螺線(58，59，61，62，64，65，55，56)饋電，實(shí)現(xiàn)十二饋。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種多饋多臂平面寬帶印刷螺旋天線。它包括天線輻射體(22)，饋電網(wǎng)絡(luò)(7)，背腔(5)和三維扼流環(huán)組合高阻地面。其中，輻射體采用由四臂有源線螺旋和四臂或八臂寄生線螺旋組成的多臂平面Archimedean印刷線螺旋結(jié)構(gòu)，印制在基板(48)上；該有源線螺旋線與饋電網(wǎng)絡(luò)(7)相連饋電，并通過(guò)共面近距離為四臂或八臂寄生線螺線饋電，實(shí)現(xiàn)多饋。三維扼流環(huán)組合高阻地面采用由水平三維扼流環(huán)地面(2)和垂直扼流環(huán)地面(3)組成的一體結(jié)構(gòu)，基板(48)通過(guò)背腔(5)固定在三維扼流環(huán)組合高阻地面上。該天線頻帶寬、輻射效率高、抑制多徑干擾效果好及相對(duì)尺寸小，重量輕，成本低，可用于勘探以及地理位置的測(cè)量。
文檔編號(hào)H01Q1/38GK202103162SQ20112015967
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者俱新德, 劉軍州, 尚勇強(qiáng), 張培團(tuán), 趙玉軍 申請(qǐng)人:陜西海通天線有限責(zé)任公司