本實(shí)用新型屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種低剖面變頻四臂螺旋天線。

背景技術(shù)：

天線是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)終端上的關(guān)鍵單元，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)終端通過(guò)天線來(lái)接收導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射的電磁波信號(hào)，提供給終端上的射頻前端處理，以此來(lái)獲取導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)和相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，因此，天線性能的優(yōu)劣將會(huì)直接影響衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)終端的正常工作狀態(tài)。

導(dǎo)航衛(wèi)星的固有軌道分布特性，要求地面廣域應(yīng)用的導(dǎo)航終端具有較寬的天線波束寬度，同時(shí)為了減少導(dǎo)航衛(wèi)星天線與導(dǎo)航終端天線之間的極化損耗，則要求導(dǎo)航終端天線具有良好的圓極化性能。

四臂螺旋天線于1968年被提出之后，由于其在遠(yuǎn)區(qū)具有圓極化、心形的寬波束輻射場(chǎng)，廣泛的應(yīng)用于全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中，相關(guān)分析理論以及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則日趨完善。現(xiàn)有用于導(dǎo)航終端的四臂螺旋天線主要是采用印制結(jié)構(gòu)的四臂螺旋天線和金屬絲繞制的四臂螺旋天線，如授權(quán)公告號(hào)為CN205646139U的中國(guó)專利公開(kāi)了一種全向四臂螺旋天線裝置，包括四臂螺旋輻射單元、反射板和移相饋電網(wǎng)絡(luò)，所述的四臂螺旋輻射單元由柔性介質(zhì)電路板上的四個(gè)螺旋輻射臂組成，四個(gè)螺旋輻射臂在底部通過(guò)一根匹配線相連接，四個(gè)螺旋輻射臂的輸入端通過(guò)連接探針與底下的移相饋電網(wǎng)絡(luò)相連。該全向四臂螺旋天線屬于印制結(jié)構(gòu)的四臂螺旋天線，通過(guò)將金屬條帶印制在柔性電路板上實(shí)現(xiàn)低剖面，由于是采用印制結(jié)構(gòu)的螺旋臂，該低剖面實(shí)現(xiàn)方法不適合由金屬絲繞制的螺旋臂，具有一定的局限性，同時(shí)該天線未考慮柔性電路板相對(duì)介電常數(shù)、厚度以及柔性電路板上電路加工、組裝等誤差會(huì)導(dǎo)致天線實(shí)際工作頻率偏離設(shè)計(jì)值的問(wèn)題。由于實(shí)際工程及工藝誤差不可避免，在天線設(shè)計(jì)的過(guò)程中必須將這些因素考慮進(jìn)去，才能使設(shè)計(jì)的天線具有工程及工藝可行性以及實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。授權(quán)公告號(hào)為CN205583136U的中國(guó)專利公開(kāi)了一種可精準(zhǔn)調(diào)頻的圓極化微帶天線，包括：微帶介質(zhì)基片、圓極化微帶貼片、金屬探針接頭、金屬化過(guò)孔、饋電網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)基片、同軸接頭、饋電網(wǎng)絡(luò)和接地金屬；圓極化微帶貼片固定于微帶介質(zhì)基片上表面，圓極化微帶貼片上下表面都設(shè)有接地金屬，上表面的接地金屬與微帶介質(zhì)基片貼合；饋電網(wǎng)絡(luò)位于饋電網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)基片內(nèi)，金屬探針接頭設(shè)于微帶介質(zhì)基片內(nèi)；能量通過(guò)同軸接頭饋給電橋功分器饋電網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而通過(guò)金屬探針接頭饋給圓極化微帶貼片，圓極化微帶貼片的4個(gè)邊分別延伸出一個(gè)調(diào)節(jié)枝節(jié)。該微帶天線通過(guò)切割改變調(diào)節(jié)枝節(jié)的面積來(lái)對(duì)微帶天線進(jìn)行調(diào)頻，但是無(wú)法采用相同原理，即通過(guò)切割螺旋臂，來(lái)對(duì)金屬絲繞制的四臂螺旋天線進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)。目前，針對(duì)金屬絲繞制的四臂螺旋天線的低剖面實(shí)現(xiàn)以及對(duì)應(yīng)的變頻問(wèn)題仍然無(wú)法得到較好的解決。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種低剖面變頻四臂螺旋天線及其變頻方法。

本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案如下：

一種低剖面變頻四臂螺旋天線，包括：低剖面變頻結(jié)構(gòu)，螺旋臂輻射結(jié)構(gòu)，金屬地板；

所述低剖面變頻結(jié)構(gòu)由介質(zhì)板及印制其上的鋸齒形金屬條帶組成；鋸齒形金屬條帶沿螺旋臂輻射結(jié)構(gòu)旋繞方向排布；

所述鋸齒形金屬條帶上設(shè)有用于精確調(diào)節(jié)金屬條帶長(zhǎng)度的長(zhǎng)方形鋸齒，鋸齒的形狀結(jié)構(gòu)相同，均勻的分布在金屬條帶上；

所述螺旋臂輻射結(jié)構(gòu)由四條形狀結(jié)構(gòu)相同的螺旋臂組成；所述金屬地板3作為螺旋臂輻射結(jié)構(gòu)的參考地面；所述螺旋臂上端穿過(guò)低剖面變頻結(jié)構(gòu)中的介質(zhì)板與鋸齒形金屬條帶相連。

作為優(yōu)選，鋸齒的尺寸為0.1mm*0.2mm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便，適用性廣，通過(guò)增加低剖面變頻結(jié)構(gòu)提高四臂螺旋天線的輻射性能，同時(shí)可以通過(guò)精確的調(diào)節(jié)低剖面變頻結(jié)構(gòu)上鋸齒形金屬條帶的長(zhǎng)度來(lái)改變四臂螺旋天線的諧振頻率，彌補(bǔ)工程誤差、加工工藝、材料參數(shù)偏差等造成四臂螺旋天線頻率失調(diào)的影響。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的低剖面變頻結(jié)構(gòu)中鋸齒形金屬條帶的局部放大示意圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的天線反射系數(shù)曲線圖；

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例中天線中心頻率所對(duì)應(yīng)的x-z面輻射方向圖；

圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例中去掉低剖面變頻結(jié)構(gòu)后天線中心頻率所對(duì)應(yīng)的x-z面輻射方向圖；

圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例中不同鋸齒數(shù)目天線反射系數(shù)曲線圖；

圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例中不同鋸齒數(shù)目最大右旋圓極化增益隨頻率的變化曲線圖；

附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明：1.低剖面變頻結(jié)構(gòu)，2.螺旋臂輻射結(jié)構(gòu)，3.金屬地板，11.介質(zhì)板，12.鋸齒形金屬條帶，13.鋸齒。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，一種低剖面變頻四臂螺旋天線，包括：低剖面變頻結(jié)構(gòu)1，螺旋臂輻射結(jié)構(gòu)2，金屬地板3；

所述低剖面變頻結(jié)構(gòu)1由介質(zhì)板11及印制其上的鋸齒形金屬條帶12組成；鋸齒形金屬條帶12沿螺旋臂輻射結(jié)構(gòu)旋繞方向排布；

所述螺旋臂輻射結(jié)構(gòu)2由四條形狀結(jié)構(gòu)相同的螺旋臂組成；所述金屬地板3作為螺旋臂輻射結(jié)構(gòu)2的參考地面；所述螺旋臂上端穿過(guò)低剖面變頻結(jié)構(gòu)1中的介質(zhì)板11與鋸齒形金屬條帶12相連。

如圖2所示，所述鋸齒形金屬條帶12上有用于精確調(diào)節(jié)金屬條帶長(zhǎng)度的長(zhǎng)方形鋸齒13，鋸齒13的形狀結(jié)構(gòu)相同，均勻的分布在金屬條帶上；

為了兼顧變頻精度與切割精度，鋸齒的尺寸為0.1mm*0.2mm。

通過(guò)依次切割低剖面變頻結(jié)構(gòu)中的鋸齒形金屬條帶上的鋸齒，調(diào)節(jié)鋸齒形金屬條帶的長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)精確改變四臂螺旋天線諧振頻率的作用。

本實(shí)用新型實(shí)施例在中心頻率時(shí)天線的反射系數(shù)曲線如圖3所示，天線的反射系數(shù)在1.263GHz到1.274GHz的頻帶范圍內(nèi)，反射系數(shù)都在-10dB以下，表明天線端口匹配良好，饋入的電磁波信號(hào)能夠被天線所吸收。

本實(shí)用新型實(shí)施例中天線中心頻率所對(duì)應(yīng)的x-z面輻射方向圖曲線如圖4所示，天線在法向方向上的右旋圓極化增益為3.8dB，左旋圓極化增益為-50dB，右旋圓極化增益比左旋圓極化增益大53.8dB，表明天線圓極化性能優(yōu)良。

本實(shí)用新型實(shí)施例中去掉低剖面變頻結(jié)構(gòu)后天線中心頻率所對(duì)應(yīng)的x-z面輻射方向圖曲線如圖5所示，天線在法向方向上的右旋圓極化增益為2.4dB，左旋圓極化增益為-49dB；而通過(guò)增加低剖面變頻結(jié)構(gòu)提高四臂螺旋天線的輻射性能，天線在法向方向上的右旋圓極化增益為3.8dB，左旋圓極化增益為-50dB，表明采用低剖面變頻結(jié)構(gòu)能夠提高天線的右旋圓極化增益，降低天線的左旋圓極化增益。

本實(shí)用新型實(shí)施例中不同鋸齒數(shù)目對(duì)天線反射系數(shù)的影響如圖6所示，當(dāng)鋸齒個(gè)數(shù)不發(fā)生變化時(shí)，天線的輸入阻抗諧振頻率為1.2685GHz，而當(dāng)鋸齒個(gè)數(shù)增加兩個(gè)時(shí)，即增長(zhǎng)0.2mm，輸入阻抗諧振頻率變?yōu)?.263GHz，降低了5.5MHz，同理當(dāng)鋸齒個(gè)數(shù)減小兩個(gè)時(shí)，即縮短0.2mm，輸入阻抗諧振頻率變?yōu)?.274GHz，升高了5.5MHz，由此可知調(diào)節(jié)鋸齒的數(shù)目可以精確的改變天線的輸入阻抗諧振頻率。

本實(shí)用新型實(shí)施例中不同鋸齒數(shù)目對(duì)天線最大右旋圓極化增益的影響如圖7所示，當(dāng)鋸齒個(gè)數(shù)不發(fā)生變化時(shí)，天線右旋圓極化增益最大時(shí)的頻率為1.2685GHz，而當(dāng)鋸齒個(gè)數(shù)增加兩個(gè)時(shí)，即增長(zhǎng)0.2mm，右旋圓極化增益最大時(shí)的頻率為1.263GHz，降低了5.5MHz，同理當(dāng)鋸齒個(gè)數(shù)減少兩個(gè)時(shí)，即縮短0.2mm，右旋圓極化增益最大時(shí)的頻率為1.274GHz，升高了5.5MHz，由此可知調(diào)節(jié)鋸齒的數(shù)目可以精確的改變天線輻射的諧振頻率。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本實(shí)用新型的實(shí)施方法，應(yīng)被理解為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本實(shí)用新型公開(kāi)的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本實(shí)用新型實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。