[实用新型]一种基于平行板电容加载的螺旋天线

说明书

本实用新型公开了一种基于平行板电容加载的螺旋天线，包括螺旋天线，所述基于平行板电容加载的螺旋天线外接同轴馈电线，所述同轴馈电线包括内导体、外导体，还包括第一金属地板、第二金属地板、第一平行板电容、第二平行板电容；所述螺旋天线的两端分别与第一平行板电容、第二平行板电容的一端连接，且第一平行板电容、第二平行板电容相互平行设置；所述第一平行板电容、第二平行板电容的另一端分别与第一金属地板、第二金属地板连接；所述第二金属地板设有通孔；所述同轴馈电线的内导体穿过通孔与第二平行板电容连接，所述同轴馈电线的内导体通过第二平行板电容以场的形式对辐射单元进行馈电。本实用新型螺旋天线实现高增益、小型化。

技术领域

本实用新型涉及无线通信技术领域，更具体的，涉及一种基于平行板电容加载的螺旋天线。

背景技术

在不断发展的移动通信网络中，现代保密通信中的跳扩频技术的应用以及移动通信的快速发展，对全向辐射小型化的天线的需求越来越多，螺旋天线在社会需求之下应运而生。螺旋天线结构简单，它是一种具有螺旋形状的天线，它由导电性能良好的金属螺旋线组成，通常用同轴线馈电，同轴线的内导体和螺旋线的一端相连接，同轴线的外导体则和接地的金属板相连接。其中法向模螺旋天线是目前天线小型化的主要技术之一，法向模螺旋天线是单极子天线的一种变形，将其卷绕成螺旋状可以缩短天线长度。螺旋天线的辐射方向与螺旋线圆周长有关，当螺旋线的圆周长比一个波长小很多时，辐射最强的方向垂直于螺旋轴；当螺旋线圆周长为一个波长的数量级时，最强辐射出现在螺旋旋轴方向上。法向模螺旋天线基本满足全向辐射，法向模螺旋天线电尺寸小，重量轻，且与单极子天线的电特性相近，在移动通信中得到广泛的应用。但是在460MHz无线通信实际应用中，该频率真空波长达652mm，半波长也有326mm，因此法向模螺旋天线在 460MHz无线通信应用中存在尺寸过大。

目前现有技术之一利用加载法向模螺旋天线来优化设计宽带小型化天线的新技术，如图1所示，该技术通过全局优化算法——遗传算法结合矩量法对天线加载值、加载位置以及相关的匹配网络参数这一庞大的群体进行了一体化最优化。加载元件为集总电容、集总电感、集总电阻，引入Sherman-Morrison-Woodbury 公式来快速求解加载形式改变后天线的电特性，使优化的效率大大提高，同时使得螺旋天线的尺寸得到小型化，天线的高度仅为0.122λ₀，其中：λ₀为真空波长。加载方式：将螺旋天线切割成四段，在每一段之间加载RLC集总元件，通过调节三个RLC元件的值，使得天线在规定谐振频率谐振。加载图例可参考图1。加载1：加载高度0.105m，RLC参数分别为790.06Ω、24.753nH、0.5pF；加载2：加载高度0.165m，RLC参数分别为213.43Ω、159.100nH、0.6pF；加载3：加载高度0.280m，RLC参数分别为2036.00Ω、404.540nH、18.4pF。该技术对应的匹配网络，如图2所示。

该技术实现的目标有：(1)高度尺寸只有真空波长的0.122，使天线高度降低了约30％；(2)实现法向模辐射，且阻抗带宽较宽。

但是这种方法缺点有：(1)天线的高度尺寸仍然不能满足产品需求，市场要求高度在50mm以下，即最大只能是真空波长的0.077倍；(2)加工难度高，因为加载方式为RLC加载，要进行螺旋切断处理和RLC连接处理，难度较高。

现有技术之二，该技术通过在螺旋天线的中间添加铁氧体材料，提高近场的磁通量，如图3所示，通过加载铁氧体增加近场的磁通量，从而提高数据传输量和稳定性。在螺旋天线线圈中加载铁氧体的目的是使磁力线较集中地通过线圈内部，以达到增加线圈的电感量,缩小天线的体积，以达到小型化的效果。

该技术存在以下几个缺点：

(1)铁氧体材料参数的选择及其苛刻；加载铁氧体后仿真变得复杂化,需要进一步调试铁氧体的参数，实物铁氧体的一些参数与仿真参数有出入,找不到合适的铁氧体，误差较大。