[发明专利]端馈平面型螺旋天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种端馈平面型螺旋天线(end-fed planar type spiral antenna)，尤其涉及一种能够在确保较少高度限制的同时提高宽带特性和辐 射效率端馈平面型螺旋天线。

背景技术

近来，随着人们的兴趣集中在卫星通信、移动通信以及RFID(射频识 别)领域，而正在积极地研究对于无线电信号传输而言必不可少的天线。天 线是一种利用其谐振特性将特定频率发射到空中或者从空中接收特定频率 的装置。特别地，天线受结构特性的影响比受电路特性的影响更大。天线被 划分为偶极天线、环形天线、螺旋天线等。

在这些天线中，螺旋天线是一种与频率无关的具有小结构的天线，在 1953年由E.M.Turner提出，其具有宽带匹配特性并且可以方便地获得圆极 化波(circularly polarized waves)。传统的螺旋天线具有基于螺旋中心的对 称结构，因此其在所有频率区域上沿垂直于螺旋平面的方向具有圆极化波的 主波束(main beam)。在中心向外移动的离心螺旋天线而非一般的螺旋天线 结构下，主波束呈现圆极化波，但是主波束并不垂直于天线平面，而是向天 线平面倾斜。此特征在天线附接于车辆或者飞机的表面时显著，并且仅有一 个设备辐射与垂直方向具有一斜度的圆极化波是可能的。此外，由于传统的 螺旋天线应该在螺旋的中心处被馈电(feed)，因此其从天线的中心垂直馈 电。然而，在垂直馈电方法中，尽管辐射设备是螺旋平面结构，但是由于垂 直馈电结构，因此天线的体积(volume)增加。另外，单个的不平衡变压器 应该被设计为用于匹配馈送部，而这是一项艰难的工作。因此，迫切需要开 发一种方案：该方案能够改善螺旋天线的宽带特性和辐射效率，并且允许设 计或改变天线的结构，从而计算最优天线参数以减小天线的体积。

发明内容

本发明设计为解决现有技术的缺陷，因此本发明的目的是提供一种端馈 平面型螺旋天线，其具有能够改善天线的定向和宽带特性、允许高度限制较 少的小型化设计、确保用于阻抗匹配的无源元件易于安装、并且提高辐射效 率的天线设计。

为了达到上述目的，本发明提供一种用于发射/接收无线电信号的端馈平 面型螺旋天线，其包括如下结构：螺旋图案，形成为具有内部螺旋曲线和外 部螺旋曲线，所述内部螺旋曲线和外部螺旋曲线从平面中的任意中心点以螺 旋形状旋转预定次数；中心圆图案，以圆形形状形成在所述螺旋图案的部分 中心区中；以及馈电臂图案(feed arm pattern)，从旋转预定的次数的所述 螺旋图案的端部以矩形形状形成。其中导电材料涂敷于所述螺旋图案、所述 中心圆图案以及所述馈电臂图案。

优选地，在所述螺旋图案中，使用由如下公式计算出的坐标值X_n和Y_n(n为所述内部螺旋曲线或者所述外部螺旋曲线的指标)来定义所述内部螺 旋曲线和所述外部螺旋曲线：

X_n＝A_n×exp(α_i·θ)×cos(θ)

Y_n＝-A_n×exp(α_j·θ)×sin(θ)

0≤θ≤N×2π

其中，A_n：所述螺旋曲线的中心点的坐标值，α_i、α_j：所述螺旋曲线的 旋转比例常数；以及N：所述螺旋曲线的旋转圈数。

优选地，具有所述内部螺旋曲线和所述外部螺旋曲线的所述螺旋图案的 形状是通过设定所述公式中的所述旋转比例常数α_i和α_j来确定的。

优选地，对于不同的n(即所述内部螺旋曲线和所述外部螺旋曲线)， 将所述旋转比例常数α_i、α_j设定为不同的值，使得所述螺旋图案具有锥形螺 旋形状。此外，对于相同的n(即所述内部螺旋曲线或所述外部螺旋曲线)， 将用于X和Y的所述旋转比例常数α_i和α_j设定为不同的值，使得所述螺旋 图案具有椭圆形螺旋形状。

优选地，所述中心圆图案为与位于所述螺旋图案的所述中心区中的所述 外部螺旋图案部分重合的圆形或椭圆形。

在本发明中，馈电部可以垂直或者水平连接至所述馈电臂图案的端部。