[发明专利]一种改善低仰角特性的单螺旋天线

说明书

本发明提出了一种改善低仰角特性的单螺旋天线，包括螺旋(1)、介质支柱(2)、底板(3)、矮套筒(4)、螺柱(5)、连接器(6)。连接器(6)位于底板(3)背面的中心位置，实现单螺旋的同轴馈电，螺旋(1)由介质支柱(2)支撑并辐射圆极化波，矮套筒(4)和八个螺柱(5)均位于底板(3)正面并与底板(3)连接，八个螺柱(5)均匀分布在矮套筒(4)之外，且八个螺柱(5)所处圆周、矮套筒(4)和螺旋(1)具有同一圆心，矮套筒展宽了高频点的辐射方向图和轴比方向图，螺柱展宽了低频点的辐射方向图和轴比方向图，从而有效地改善了天线的低仰角特性，矮套筒和螺柱共同作用，使天线在20％的频率带宽内的性能一致性很好。

技术领域

本发明涉及一种天线圆极化技术，尤其涉及一种改善低仰角特性的宽频带单螺旋天线。

背景技术

中心馈电的单螺旋天线作为小增益的圆极化定向天线，应用到空地通信中，具有制作简单、成本很低等优点。该天线的3dB辐射波束宽度为70°左右，轴比特性在3dB辐射波束宽度内往往较好，但在3dB辐射波束宽度之外轴比特性就急剧恶化，致使低仰角特性很差，因此极大地限制了该天线的应用。利用圆环或沿圆周均布的螺柱进行加载，可以改善圆极化天线的轴比性能。例如专利“一种环加载微带贴片天线”（200910243283.1），圆形辐射贴片进行卷边来作为环加载，使工作在1.62～1.68GHz的贴片天线在主极化±15°范围内的轴比从6dB降为2dB。当加载于某些天线时，还可同时展宽辐射和轴比方向图，从而改善低仰角性能，但是往往频率带宽不宽。例如华南理工大学的硕士论文《北斗宽波束及宽带圆极化天线研究》中，采用圆环和螺柱的笼形结构作为寄生单元，加载于四线螺旋，最大增益为2.3dB，3dB轴比波束宽度从100°展宽为156°，3dB功率波束宽度从150°展宽为180°，但天线的频率带宽仅为8%。

发明内容

本发明提出了一种改善低仰角特性的单螺旋天线，属于小增益的圆极化定向天线，包括螺旋（1）、介质支柱（2）、底板（3）、矮套筒（4）、螺柱（5）、连接器（6）。连接器（6）位于底板（3）背面的中心位置，连接器（6）的内导体通过通孔穿过底板（3）到底板（3）的正面，并与螺旋（1）的下端相连，实现单螺旋的同轴馈电。螺旋（1）由介质支柱（2）支撑并辐射圆极化波，矮套筒（4）和八个螺柱（5）均位于底板（3）正面并与底板（3）连接，八个螺柱（5）均匀分布在矮套筒（4）之外，且八个螺柱（5）所处圆周、矮套筒（4）和螺旋（1）具有同一圆心。螺柱（5）的高度大于矮套筒（4）的高度，八个螺柱（5）所处圆周的直径大于矮套筒（4）的直径，矮套筒（4）的直径大于螺旋（1）的直径。单独的单螺旋的辐射能量集中于高仰角区而低仰角能量弱，在单螺旋的底板上安装矮套筒和螺柱后，矮套筒可视为高频点的扼流环，高度更高的八个螺柱可视为低频点的扼流环，它们的辐射能量集中于低仰角区，从而弥补了单独的单螺旋的低仰角能量的不足。矮套筒的直径小、高度低，螺柱在大直径的圆周上排列、高度高，二者直径、高低有差别，利于工程实现，且矮套筒的内缘利于加装天线罩和灌胶封装。

本发明的有益技术效果是：矮套筒展宽了高频点的辐射方向图和轴比方向图，螺柱展宽了低频点的辐射方向图和轴比方向图，从而有效地改善了天线的低仰角特性，矮套筒和螺柱共同作用，使天线在20%的频率带宽内的性能一致性很好。

附图说明

图1、本发明的结构示意图；

图2、有、无矮套筒和螺柱时的天线电压驻波比；

图3、有、无矮套筒和螺柱时，低频点的天线辐射方向图；

图4、有、无矮套筒和螺柱时，中心频点的天线辐射方向图；

图5、有、无矮套筒和螺柱时，高频点的天线辐射方向图；

图6、有、无矮套筒和螺柱时，低频点的天线轴比方向图；

图7、有、无矮套筒和螺柱时，中心频点的天线轴比方向图；