[实用新型]一种高低仰角增益圆极化螺旋天线

说明书

技术领域

本实用新型涉及圆极化螺旋天线，特别涉及一种高低仰角增益圆极化螺旋天线。

背景技术

目前，全球定位导航系统的应用越来越广泛，中国的北斗二代系统服务范围也已基本覆盖亚太地区并预计在未来十年内覆盖全球，而圆极化天线对该系统起到至关重要的作用。根据定位原理，接近地面的低仰角信号对定位精度的贡献最大，而天顶信号虽易于接受但对定位精度的贡献不大。随着对定位精度要求的提高，一般要求天线具有较高的低仰角增益，尤其对于北斗系统，卫星比较少，对低仰角增益提出了苛刻的要求，有时要求5°仰角增益大于-0.5dB，然而目前的圆极化天线普遍存在低仰角增益不足的问题。

目前圆极化天线使用最多的是微带天线和螺旋天线。微带天线剖面低，制造简单，成本低，然而方向图和轴比性能相对于螺旋天线稍显逊色，其波瓣宽度较窄，难以满足实际使用中较高的指标要求。

传统螺旋天线具有良好的上半球面方向图，波瓣宽度宽，但低仰角增益一般不够高，难以达到比较高的指标要求。而且方向图一般通过螺旋参数来调节，而这些参数又会同时影响天线其他性能，有时难以平衡兼顾，设计过程繁琐费时。

为了改善低仰角增益，最简单的办法是改变地板形状和大小，但这种方法的效果是很有限的，而且会带来体积和重量增大的缺点。

另外，采用锥形螺旋天线可以增加波束宽度，提高低仰角增益，但是提高范围也是很有限，并且存在体积大，结构复杂的缺点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有较高的低仰角增益圆极化四臂螺旋天线。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

一种高低仰角增益圆极化螺旋天线，包括圆柱形螺旋天线辐射体、十字形交叉振子寄生单元和功分移相宽带微带馈电网络，所述功分移相宽带微带馈电网络位于圆柱形螺旋天线辐射体的下方，并与圆柱形螺旋天线辐射体的底部连接；所述功分移相宽带微带馈电网络用于将同轴馈电信号分解为四个幅度相等，相位依次正交的输出信号，对圆柱形螺旋天线辐射体的螺旋臂进行馈电。

所述十字形交叉振子寄生单元位于圆柱形螺旋天线辐射体的上方，包括两个相互垂直的振子，两个振子所在的平面垂直于圆柱形螺旋天线辐射体的轴线，两个振子的交叉点位于圆柱形螺旋天线辐射体的轴线上；

当振子作为天线引向器时，振子的长度小于半个波长；

当振子作为天线反射器时，振子的长度大于半个波长。

所述十字形交叉振子寄生单元与圆柱形螺旋天线辐射体的距离小于半个波长。

所述圆柱形螺旋天线辐射体包括四个金属螺旋臂，所述四个金属螺旋臂沿圆柱体侧面在空间正交放置，螺旋缠绕；四个金属螺旋臂的顶部相互短路连接，底部分别设有馈电点。

当振子作为天线引向器时，振子的长度小于半个波长，且大于或等于0.4个波长。

当振子作为天线反射器时，振子的长度大于半个波长，且小于或等于0.7个波长。

所述金属螺旋臂的长度为0.25个波长的整数倍。

本实用新型的工作原理如下：四臂螺旋天线辐射体的圆极化电磁波在十字形交叉振子上形成感应电流，可以分解为沿两个互相垂直的振子方向的电流，这两个电流幅度相等相位正交。该感应电流同时也能辐射圆极化波，但在此，该交叉振子并不是作为独立的天线单元，而是作为一个寄生单元，改善四臂螺旋天线辐射的方向图。当振子长度略小于半个波长时，辐射电磁波相位滞后于下方的螺旋天线，所以振子作为天线引向器，起到增加轴向增益，减小后瓣的作用，只要尺寸调节合适，也可以使低仰角增益提高。当振子长度略大于半个波长时，辐射电磁波相位超前于下方的螺旋天线，所以作为天线反射器，起到抑制轴向增益，增加低仰角处增益的作用。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有优点和有益效果：

（1）本实用新型通过调节十字形交叉振子寄生单元的振子长度，在保持圆极化天线良好的辐射性能的同时，提高低仰角5°处增益到0dB以上。

（2）本实用新型通过调节十字形交叉振子寄生单元的振子长度及振子到螺旋天线顶部的垂直距离，可以方便地控制天线辐射方向图，实现所要达到的最佳效果。

（3）本实用新型结构简单，结构紧凑，重量轻，调试方便。

（4）本实用新型采用宽带功分馈电网络，具有带宽宽的特点，10dB阻抗带宽从2GHz到2.8GHz，达到800MHz的带宽。

附图说明

图1为本实用新型第一个实施例的结构示意图。

图2为本实用新型的第一个实施例的上层微带电路示意图。