[发明专利]四臂螺旋式天线

说明书

技术领域

本发明涉及在卫星通信链路中使用的天线，具体而言涉及在卫星 通信链路中使用的四臂螺旋式天线(quadrifilar helical antenna，QHA)。

背景技术

螺旋天线包括以螺纹形式缠绕的一个或多个伸长的导电元件，以 形成螺旋。该几何螺旋结构包括围绕直径为D的柱体以螺旋角P安 排的长度为L的导电元件。螺旋角被定义为由与螺旋导体相切的线和 垂直于螺旋轴的平面锁形成的角度。天线操作特性由螺旋几何属性、 导电元件和馈送配置之间的数量和互连来确定。当在端部发射(end fire)或者向前辐射轴向模式下操作时，辐射图案包括单个大的图案旁 瓣。辐射角确定旁瓣内最大强度的位置。低螺旋角的螺旋天线趋向于 沿轴向具有最大的强度区域；对于较高螺旋角，最大强度区域是离轴 的。

四臂螺旋式天线(QHA)用于以UHF、L和S频带操作的通信和导 航接收器。具有有限带宽的谐振QHA也用于接收GPS信号。QHA 具有相对小的尺寸、完美的圆形极化覆盖范围以及在大多数上半球视 场上低的轴比。因为QHA是谐振天线，所以通常选择它的尺寸，以 提供针对窄频带的最佳性能。C.C.Kilgus首先在“Resonant Quadrifilar Helix”，IEEE Transactions On Antennas and Propagation，卷AP-17， 1969年五月，第349-351页描述了QHA。

一种现有技术的四臂螺旋式天线包括四个相等长度的丝状体 (filar)，它们安装在直径大约为30mm的螺旋上，用于在大约1575 MHz处操作。因为这些几何特征，该天线表现出大约50欧姆的驱动 点阻抗，这适合于匹配到公共50欧姆特性阻抗的同轴电缆。以相位 正交方式，即相邻丝状体之间90度的相位关系，对QHA的四个丝 状体进行馈送。存在至少两个已知的现有技术用于四个相等长度的 QHA丝状体的正交馈送。一个这种正交匹配结构采用集总或分布式 分支线混合耦合器(BLHC)以及终止负载，以及两个集总或者分布式 平衡-不平衡变换器。提供稍微较宽带宽的另一个技术使用三个分支 线混合耦合器(接收输入信号并且向两个并联的BLHC提供输出信号 的第一输入BLHC)，每个可利用终止负载来操作。四分之一波移相 器提供第一BLHC和并联的BLHC中的一个之间的90度相移。

已知这些正交匹配技术(例如混合耦合器和平衡-不平衡变换器) 不利地增加了安装天线的印刷电路板的尺寸。耦合器和平衡-不平衡 变换器也增加了天线成本，并且与天线一起操作的每个附加部件强加 了损耗和带宽限制。

现有技术中还已知构造包括具有不等长度的第一和第二丝状体 (即长和短丝状体)的QHA。每个丝状体还包括第一和第二导电元件。 第一丝状体包括具有连接到QHA的底部处的天线馈送端子的中心导 体以及连接到天线接地端子的护罩(shield)的同轴电缆。第二丝状体包 括导线。在QHA的顶端，同轴电缆护罩连接到第二丝状体的第一元 件并且中心导体连接到第二丝状体的第二元件。在底端，同轴电缆中 心导体(包括第一丝状体)连接到护罩并且第二丝状体的第一和第二 元件连接在一起。

通常，QHA是不用接地层或地网的自足辐射结构。但是，当QHA 安装为靠近无线电收发机手持设备时，该手持设备结构可以引入影响 QHA辐射图案和阻抗的电磁波反射，很像接地层。例如，如果QHA 发射右手圆形极化信号，当从导电表面反射时，信号被变换为左手圆 形极化信号。显然，这种效果不利地影响了天线性能，并且如果通信 系统采用双信号极化时可能会特别麻烦。

发明内容

在一个实施例中，本发明包括一种四臂螺旋式天线，进一步包括： 第一串联的螺旋丝状体对，具有第一长度和第一和第二端；以及第二 串联的螺旋丝状体对，具有不同于所述第一长度的第二长度，并且具 有第三和第四端。所述天线还包括阻抗匹配元件，可导电地连接到所 述第一、第二、第三和第四端，用于将天线负载阻抗匹配到源阻抗。