多频段单绕螺旋天线的制作方法

1.本发明涉及一种螺旋天线，尤其是一种多频段单绕螺旋天线。


背景技术：

2.螺旋天线以具有圆极化、高增益、宽波束及简单性的特性，使其在电话、电视和数据通信上有很广泛的应用，但受其辐射模式的影响，轴向模螺旋天线的频带宽度约为60％左右，难以满足实际的应用需求。


技术实现要素：

3.本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种多频段单绕螺旋天线，其将x波段螺旋天线以及s波段螺旋天线内嵌于l波段螺旋天线内，基于内嵌堆叠的配合展宽螺旋天线系统的可用频带宽度，稳定性以及可靠性高。
4.按照本发明提供的技术方案，所述多频段单绕螺旋天线，包括：
5.螺旋天线组，包括呈同轴分布的l波段螺旋天线、x波段螺旋天线以及s波段螺旋天线，其中，x波段螺旋天线、s波段螺旋天线均嵌置于l波段螺旋天线内；
6.天线组支撑架，用于对所述螺旋天线组支撑固定，以使得x波段螺旋天线、s波段螺旋天线以及l波段螺旋天线保持处于同轴分布状态；
7.选择配置单元，与螺旋天线组适配电连接，用于配置所电连接螺旋天线组的工作状态，其中，通过所述选择配置单元的选择配置，以使得螺旋天线组内x波段螺旋天线、s波段螺旋天线以及l波段螺旋天线可分时独立工作。
8.所述天线组支撑架包括接地面板以及设置于接地面板上的支撑介质板体，其中，
9.对螺旋天线组支撑固定时，l波段螺旋天线、x波段螺旋天线以及s波段螺旋天线分别保持螺旋状态穿过支撑介质板体；
10.在l波段螺旋天线内，s波段螺旋天线与l波段螺旋天线邻近接地面板的一端对应，x波段螺旋天线与l波段螺旋天线远离接地面板的一端对应。
11.所述接地面板为金属平板，所述接地面板的形状包括圆形或方形，其中，
12.接地面板为圆形时，接地面板的直径为3/4λ；
13.接地面板为方形时，接地面板的边长为3/4λ，λ为l波段螺旋天线的谐振频率对应波长。
14.所述支撑介质板体包括介质第一板体以及介质第二板体，其中，
15.介质第一板体与介质第二板体呈十字交叉排布，介质第一板体、介质第二板体固定于接地面板上，且在介质第一板体、介质第二板体与接地面板的结合部设置支撑加强板。
16.x波段螺旋天线与s波段螺旋天线的距离不小于25mm。
17.l波段螺旋天线的谐振中心频点为3ghz；s波段螺旋天线的谐振中心频点为5.8ghz，x波段螺旋天线的谐振中心频点为10ghz。
18.在天线组支撑架上设置用于阻止表面波传输的方向图改善单元，其中，
19.方向图改善单元与s波段螺旋天线相对应，基于所述方向图改善单元增加s波段螺旋天线的传输路径，以使得s波段螺旋天线与l波段螺旋天线的电场相同。
20.所述方向图改善因子包括若干呈阵列分布的方向图改善贴片，其中，
21.方向图改善贴片呈v型，所述方向图改善贴片的v型开口背向x波段螺旋天线；
22.方向图改善贴片阵列内，方向图改善贴片呈等间距分布，方向图改善贴片的长度为s波段螺旋天线谐振频率对应波长的1/2。
23.所述选择配置单元采用开关网络，选择配置单元固定装配于接地面板上，其中，
24.选择配置单元与支撑介质板体分别位于接地面板的两侧；
25.选择配置单元包括隔离开关组以及选择开关组，隔离开关组内隔离开关与l波段螺旋天线、x波段螺旋天线以及s波段螺旋天线分别呈一一对应连接，隔离开关通过选择开关组选择后独立工作。
26.在接地面板上设置天线单元馈电连接器组，其中，
27.天线单元馈电连接器组与选择配置单元位于接地面板的同一侧，所述天线单元馈电连接器组包括l波段螺旋天线馈电连接器、x波段螺旋天线馈电连接器以及s波段螺旋天线馈电连接器；
28.l波段螺旋天线馈电连接器、s波段螺旋天线馈电连接器分别位于介质第一板体或介质第二板体的两侧。
29.本发明的优点：
30.将x波段螺旋天线以及s波段螺旋天线嵌置在l波段螺旋天线内，从而在有限的空间实现x波段螺旋天线、s波段螺旋天线以及l波段螺旋天线间的有效定位配合，增加天线的工作频带宽度，又不影响天线的辐射性能。
31.利用天线组支撑架对螺旋天线组支撑固定，即实现对x波段螺旋天线、s波段螺旋天线以及l波段螺旋天线的固定，简化螺旋天线的构造难度，同时增加螺旋天线的结构强度。
32.在天线组支撑架上设置方向图改善单元，方向图改善单元与s波段螺线天线对应，利用方向图改善单元可减小不同频段天线间表面波的相互影响，保证多频段天线辐射性能不受影响。
33.利用选择配置单元可选择配置x波段螺旋天线以及s波段螺旋天线嵌置在l波段螺旋天线分时独立工作，以满足应用于不同的射频收发系统。
附图说明
34.图1为本发明的立体图。
35.图2为本发明的结构示意图。
36.图3为本发明螺旋天线组与接地面板配合的立体图。
37.图4为本发明螺线天线的俯视图。
38.图5为本发明选择配置单元与接地面板配合的示意图。
39.图6为本发明选择配置单元一种实施例的结构框图。
40.附图标记说明：1-接地面板、2-选择配置单元、3-介质第一板体、4-介质第二板体、5-x波段螺旋天线、6-l波段螺旋天线、7-x波段螺旋天线馈电连板、8-x波段螺旋天线线缆、
9-s波段螺旋天线、10-方向图改善贴片、11-支撑加强板、12-s波段螺旋天线线缆、13-l波段螺旋天线线缆、14-开关网络第一馈电连接器、15-开关网络第二馈电连接器、16-开关网络第三馈电连接器、17-l波段螺旋天线馈电连接器、18-s波段螺旋天线馈电连接器、19-x波段螺旋天线馈电连接器、20-第一隔离开关、21-第二隔离开关、22-第三隔离开关、23-第一选择开关、24-第二选择开关、25-第三选择开关以及26-负载。
具体实施方式
41.下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
42.为了展宽螺旋天线系统的可用频带宽度，提高天线的稳定性以及可靠性，对多频段单绕螺旋天线，本发明的一种实施例中，包括：
43.螺旋天线组，包括呈同轴分布的l波段螺旋天线6、x波段螺旋天线5以及s波段螺旋天线9，其中，x波段螺旋天线5、s波段螺旋天线9均嵌置于l波段螺旋天线6内；
44.天线组支撑架，用于对所述螺旋天线组支撑固定，以使得x波段螺旋天线5、s波段螺旋天线9以及l波段螺旋天线6保持处于同轴分布状态；
45.选择配置单元2，与螺旋天线组适配电连接，用于配置所电连接螺旋天线组的工作状态，其中，通过所述选择配置单元2的选择配置，以使得螺旋天线组内x波段螺旋天线5、s波段螺旋天线9以及l波段螺旋天线6可分时独立工作。
46.为了能实现多频段的信息收发，本发明螺线天线的一种实施例中，螺旋天线组基于l波段螺旋天线6、x波段螺旋天线5以及s波段螺旋天线9实现多频段的信息收发，其中，x波段螺旋天线5、l波段螺旋天线6以及s波段螺旋天线9呈同轴分布，x波段螺旋天线5与s波段螺旋天线9嵌置位于l波段螺旋天线6内，从而，将x波段螺旋天线5以及s波段螺旋天线9嵌置在l波段螺旋天线内时，在有限的空间内，既可增加天线的工作频带宽度，又不影响天线的辐射性能。
47.具体实施时，l波段螺旋天线6、x波段螺旋天线5以及s波段螺旋天线9均为单绕螺旋天线，其中，l波段螺旋天线6的工作频率一般为2ghz～3.3ghz，x波段螺旋天线5的工作频率一般为4ghz～6.6ghz，s波段螺旋天线9的工作频率一般为7ghz～12ghz。当然，l波段螺旋天线6、x波段螺旋天线5以及s波段螺旋天线9相对应的工作频率一般可根据实际的需要选择确定，以能满足实际的工作场景需求为准。
48.本发明的一种实施例中，l波段螺旋天线6的谐振中心频点为3ghz；s波段螺旋天线9的谐振中心频点为5.8ghz，x波段螺旋天线5的谐振中心频点为10ghz。
49.为了能形成上述螺旋天线组且满足上述工作指标需求，本发明的一种实施例中，l波段螺旋天线6的螺旋直径为23mm-38mm，螺距为13.4mm-30mm，所绕螺旋天线导体直径为0.5-2mm。对s波段螺旋天线9，所述s波段螺旋天线9的螺旋直径为12.5mm-20mm，螺距为8.3mm-15.6mm，所绕螺旋天线导体直径为0.5-2mm。对x波段螺旋天线5，所述x波段螺旋天线5的螺旋直径为7mm-11.5mm，螺距为4.6mm-9mm，所绕螺旋天线导体直径为0.5-1mm。
50.由上述说明可知，对螺旋天线组，x波段螺旋天线5以及s波段螺旋天线9需嵌置在l波段螺旋天线6内，且满足与l波段螺旋天线6同轴分布的状态，因此，为了提高稳定性与可靠性，本发明的一种实施例中，利用天线组支撑架实现对螺旋天线组支撑与固定，其中，在支撑固定后，x波段螺旋天线5、s波段螺旋天线9以及l波段螺旋天线6保持处于同轴分布状
态，当然，此时，同样需保持将x波段螺旋天线5、s波段螺旋天线9嵌置于l波段螺线天线6内，利用天线组支撑架的支撑固定，从而在极大简化螺旋天线的构造难度下，又可增加所形成螺旋天线的结构强度。
51.为了能实现相应频段信息的收发，避免信息收发时的影响，本发明的一种实施例中，利用选择配置单元2配置螺旋天线组的工作状态，具体地，通过所述选择配置单元2的选择配置，以使得螺旋天线组内x波段螺旋天线5、s波段螺旋天线9以及l波段螺旋天线6可分时独立工作。
52.所述分时独立工作，具体是指在一工作时间段内，仅x波段螺旋天线5、s波段螺旋天线9或l波段螺旋天线6中的一个处于工作状态，且x波段螺旋天线5、s波段螺旋天线9或l波段螺旋天线6均可独立工作，工作时不会受到其他螺旋天线的影响。分时独立工作时，利用x波段螺旋天线5、s波段螺旋天线9或l波段螺旋天线6进行射频信息收发的方式以及过程可均与现有相一致，以能满足所需频段射频信息的收发为准。
53.图1、图2、图3、图4和图5中，示出了天线组支撑架的一种实施例，具体地，所述天线组支撑架包括接地面板1以及设置于接地面板1上的支撑介质板体，其中，
54.对螺旋天线组支撑固定时，l波段螺旋天线6、x波段螺旋天线5以及s波段螺旋天线9分别保持螺旋状态穿过支撑介质板体；
55.在l波段螺旋天线6内，s波段螺旋天线9与l波段螺旋天线6邻近接地面板的一端对应，x波段螺旋天线5与l波段螺旋天线6远离接地面板1的一端对应。
56.本发明的一种实施例中，接地面板1为金属平板，接地面板1的存在能够防止螺旋天线朝着轴的背向辐射，即利用接地面板1可减少所形成螺旋天线的旁瓣和后瓣辐射，增大所形成螺旋天线的增益。支撑介质板体固定于接地面板1上，利用支撑介质板体用于实现对螺旋天线组的支撑固定。
57.为了形成螺旋天线，l波段螺旋天线6、x波段螺旋天线5以及s波段螺旋天线9分别保持螺旋状态穿过支撑介质板体；具体实施时，在支撑介质板体上设置分别与l波段螺旋天线6、x波段螺旋天线5以及s波段螺旋天线9相对应的穿线孔，螺旋天线的导体穿过相应的穿线孔后，即可形成螺旋状态的l波段螺旋天线6、x波段螺旋天线5以及s波段螺旋天线9，如图1和图2所示。
58.具体实施时，支撑介质板体上的穿线孔可根据实际需要选择，以能满足导体穿置后形成所需的l波段螺旋天线6、x波段螺旋天线5以及s波段螺旋天线9为准，即能满足上述说明中相应的螺旋直径、螺距等螺旋特性参数。通过对支撑介质板体上穿线孔的设置，以使得所形成的l波段螺旋天线6、x波段螺旋天线5以及s波段螺旋天线9与支撑介质板体相互固定成一体，从而，可使得x波段螺旋天线5、s波段螺旋天线9以及l波段螺旋天线6保持处于同轴分布状态。
59.由上述说明可知，x波段螺旋天线5以及s波段螺旋天线9均嵌置于l波段螺旋天线6内，图1、图2和图3中，示出了在l波段螺旋天线6内，s波段螺旋天线9内邻近接地面板1，而波段螺旋天线5远离接地面板1的一种实施例。
60.对图1～图3所示的实施例中，为减小x波段螺旋天线5对s波段螺旋天线9的影响，本发明的一种实施例中，x波段螺旋天线5与s波段螺旋天线9的距离不小于25mm。x波段螺旋天线5与s波段螺旋天线9的距离，具体是指x波段螺旋天线5邻近接地面板1的一端与s波段
螺旋天线9远离接地面板1一端的距离。
61.本发明的一种实施例中，所述接地面板1为金属平板，所述接地面板1的形状包括圆形或方形，其中，
62.接地面板1为圆形时，接地面板1的直径为3/4λ；
63.接地面板1为方形时，接地面板1的边长为3/4λ，λ为l波段螺旋天线6的谐振频率对应波长。
64.对接地面板1，接地面板1可采用现有常用的金属材料制成，以能满足利用所述接地面板1增大天线增益的目的为准。接地面板1可采用圆形或方形，或者，其他所需的形状，接地面板1的形状以能满足实际的应用需求为准。
65.对一确定的螺旋天线，根据螺旋天线的工作特性参数，可确定接地面板1的尺寸，如接地面板1为圆形时，所述圆形的直径为3/4λ。图1～图5中，示出了接地面板1的一种实施例，即接地面板1采用方形的一种实施例情况；此时，接地面板1的边长为3/4λ，λ为l波段螺旋天线6的谐振频率对应波长。
66.本发明的一种实施例中，所述支撑介质板体包括介质第一板体3以及介质第二板体4，其中，
67.介质第一板体3与介质第二板体4呈十字交叉排布，介质第一板体3、介质第二板体4固定于接地面板1上，且在介质第一板体3、介质第二板体4与接地面板1的结合部设置支撑加强板11。
68.图1、图2和图4中，示出了支撑接支板体的一种实施例，介质第一板体3以及介质第二板体4可采用现有常用的介质材料，如聚四氟乙烯，当然，也可以采用其他的介质材料，介质材料的类型可根据实际需要选择。
69.具体实施时，介质第一板体3与介质第二板体4呈十字交叉排布，介质第一板体3与介质第二板体4相互垂直，介质第一板体3与介质第二板体4可采用相同大小的平板。介质第一板体3与介质第二板体4正交，介质第一板体3与介质第二板体4的交界线，过接地面板1的中心。
70.介质第一板体3、介质第二板体4在接地面板1呈竖直分布，介质第一板体3、介质第二板体4垂直接地面板1所在的平面。在接地面板1上设置支撑加强板11，利用支撑加强板11与介质第一板体3、介质第二板体4邻接接地面板1的侧边配合，提高介质第一板体3以及介质第二板体4在接地面板1上的稳定性与可靠性。
71.本发明的一种实施例中，在天线组支撑架上设置用于阻止表面波传输的方向图改善单元，其中，
72.方向图改善单元与s波段螺旋天线9相对应，基于所述方向图改善单元增加s波段螺旋天线9的传输路径，以使得s波段螺旋天线9与l波段螺旋天线6的电场相同。
73.具体工作时，在螺旋天线组内，当对s波段螺旋天线9激励(激励即为选通s波段螺旋天线9处于工作状态)时，x波段螺旋天线5、l波段螺旋天线6以及s波段螺旋天线9由于彼此之间表面波的作用，会出现方向图法向增益减小，副瓣增大等情况，s波段螺旋天线9内嵌于l波段螺旋天线6中，且相互之间距离较近，天线之间的相互作用变得不可忽略，本发明的一种实施例中，在天线组支撑架上设置方向图改善单元，利用所设置的方向图改善单元阻碍表面波的相互传输，减小螺旋天线之间辐射性能相互影响，改善天线方向图性能。
74.本发明的一种实施例中，所述方向图改善因子包括若干呈阵列分布的方向图改善贴片10，其中，
75.方向图改善贴片10呈v型，所述方向图改善贴片10的v型开口背向x波段螺旋天线5；
76.方向图改善贴片阵列内，方向图改善贴片10呈等间距分布，方向图改善贴片10的长度为s波段螺旋天线9谐振频率对应波长的1/2。
77.图1和图2中示出了方向图改善因子的一种实施例，具体地，方向图改善因子包括阵列分布的方向图改善贴片10，图1和图2中，阵列分布的方向图改善贴片10设置于介质第二板体4上；图中，在介质第一板体3的一侧设置四个方向图改善贴片10，四个方向图改善贴片10位于同一列分布状态。当然，具体实施时，介质第一板3的另一侧面也有设置相同数量和间距的方向图改善贴片10，介质第一板3两个侧面设置的方向图改善贴片10呈正对应状态。方向图改善贴片10阵列分布的状态可根据实际需求选择确定，以能满足实际的需求为准。
78.方向图改善贴片10为金属贴片，本发明的一种实施例中，方向图改善贴片10呈v型。对于v型的方向图改善贴片10，方向图改善贴片10的v型开口指向接地面板1，即背向x波段螺旋天线5。方向图改善贴片10呈等间距分布，即图1和图2中，同一列方向图改善贴片10内，相邻方向图改善贴片10的间距相等。
79.对任一方向图改善贴片10，本发明的一种实施例中，方向图改善贴片10的长度为s波段螺旋天线9谐振频率对应波长的1/2，方向图改善贴片10的长度是指v型顶点与v型开口之间的距离。
80.由上述说明可知，方向图改善贴片10相当于在s波段螺旋天线9外增加了传输路径，经过方向图改善贴片10所增加的传输路径后，s波段螺旋天线9与l波段螺旋天线6的电场同相，在增加s波段螺旋天线9增益的同时，又可改善方向图的副瓣。x波段螺旋天线5与s波段螺旋天线9以及l波段螺旋天线6的间距较远，相互作用是比较小的，它们之间的影响对螺旋天线单元阻抗和方向图可以忽略不计。
81.为了能满足天线的馈电连接，本发明的一种实施例中，在接地面板1上设置天线单元馈电连接器组，其中，
82.天线单元馈电连接器组与选择配置单元2位于接地面板1的同一侧，所述天线单元馈电连接器组包括l波段螺旋天线馈电连接器17、x波段螺旋天线馈电连接器19以及s波段螺旋天线馈电连接器18；
83.l波段螺旋天线馈电连接器17、s波段螺旋天线馈电连接器18分别位于介质第一板体3或介质第二板体4的两侧。
84.图2、图3和图5中，示出了天线单元馈电连接器组的一种实施例，当螺旋天线组包括l波段螺旋天线6、x波段螺旋天线5以及s波段螺旋天线9时，则天线单元馈电连接器组至少包括l波段螺旋天线馈电连接器17、x波段螺旋天线馈电连接器19以及s波段螺旋天线馈电连接器18，其中，l波段螺旋天线馈电连接器17与l波段螺旋天线6对应，x波段螺旋天线馈电连接器19与x波段螺旋天线5对应，s波段螺旋天线馈电连接器18与s波段螺旋天线9对应。
85.图2中，l波段螺旋天线馈电连接器17、s波段螺旋天线馈电连接器18分别位于介质第一板体3的两侧，可以减少s波段螺旋天线9与l波段螺旋天线6之间的相互影响。
86.本发明的一种实施例中，所述选择配置单元2采用开关网络，选择配置单元2固定装配于接地面板1上，其中，
87.选择配置单元2与支撑介质板体分别位于接地面板1的两侧；
88.选择配置单元2包括隔离开关组以及选择开关组，隔离开关组内隔离开关与l波段螺旋天线6、x波段螺旋天线5以及s波段螺旋天线9分别呈一一对应连接，隔离开关通过选择开关组选择后独立工作。
89.图5中，在选择配置单元2上设置开关单元馈电连接器，其中，开关单元馈电连接器包括开关网络第一馈电连接器14、开关网络第二馈电连接器15以及开关网络第三馈电连接器16。
90.选择配置单元2与螺旋天线组内x波段螺旋天线5、l波段螺旋天线6以及s波段螺旋天线9适配馈电连接时，通过一同轴电缆将开关网络第一馈电连接器14与l波段螺旋天线馈电连接器17适配连接，以实现选择配电单元2与l波段螺线天线6的馈电连接；通过一同轴电缆将开关网络第二馈电连接器15与s波段螺旋天线馈电连接器18适配连接，以实现选择配电单元2与s波段螺旋天线9的馈电连接；同理，通过一同轴电缆将开关网络第三馈电连接器16与x波段螺旋天线馈电连接器19适配连接，x波段螺旋天线馈电连接器19通过x波段螺旋天线线缆8与x波段螺旋天线馈电连板7适配电连接，以实现选择配置单元2与x波段螺旋天线5的馈电连接。
91.图1～图3中，x波段螺旋天线馈电连板7在l波段螺旋天线6内，x波段螺旋天线馈电连板7与x波段螺旋天线5邻近接地面板1的端部连接。l波段螺旋天线6以及s波段螺旋天线9相对应的馈电连接端分别与接地面板1对应，即s波段螺线天线9远离x波段螺旋天线5的一端经接地面板1直接与s波段螺旋天线馈电连接器18连接，l波段螺旋天线6远离接地面板1的一端经接地面板1直接与l波段螺旋天线馈电连接器17连接。
92.为了能实现l波段螺旋天线6、x波段螺旋天线5以及s波段螺旋天线9分时独立工作，图6中示出了选择配置单元2的一种实施例，图6中，隔离开关组包括第一隔离开关20、第二隔离开关21以及第三隔离开关22，选择开关组包括第一选择开关23、第二选择开关24以及第三选择开关25，具体实施时，第一隔离开关20、第二隔离开关21以及第三隔离开关22可选择为单刀单掷开关，第一选择开关23、第二选择开关24以及第三选择开关25可为单刀双掷开关。
93.第三选择开关25与负载26连接。负载26一般为50欧姆的电阻，第三选择开关25的传输线特性阻抗是50欧姆，因此，第三选择开关25的传输线特性阻抗与负载26间相互匹配。此时，第三选择开关25传输线上只存在传输到负载26的入射波，没有由负载26产生的反射波。负载26能保证全部信号功率的传输。
94.具体实施时，通过第一隔离开关20、第二隔离开关21以及第三隔离开关22分别与l波段螺旋天线6、x波段螺旋天线5以及s波段螺旋天线9呈一一对应，通过隔离开关增加不同频段天线链路之间的隔离度，防止射频链路串扰。通过第一选择开关23、第二选择开关24以及第三选择开关25配合，能实现选择l波段螺旋天线6、x波段螺旋天线5以及s波段螺旋天线9中的一个实现所需的分时独立工作。
95.隔离开关组内隔离开关以及选择开关组内选择开关相应的开关状态，可以由外部的控制器配置，具体以能满足螺旋天线处于所需的工作状态，以及实现所需频段信号的收
发为准。
96.综上，将x波段螺旋天线5以及s波段螺旋天线9嵌置在l波段螺旋天线6内，从而在有限的空间实现x波段螺旋天线5、s波段螺旋天线9以及l波段螺旋天线6间的有效定位配合，增加天线的工作频带宽度，又不影响天线的辐射性能。
97.利用天线组支撑架对螺旋天线组支撑固定，即实现对x波段螺旋天线5、s波段螺旋天线9以及l波段螺旋天线6的固定，简化螺旋天线的构造难度，同时增加螺旋天线的结构强度。
98.在天线组支撑架上设置方向图改善单元，方向图改善单元与s波段螺线天线9对应，利用方向图改善单元可减小不同频段天线间表面波的相互影响，保证多频段天线辐射性能不受影响。
99.利用选择配置单元2可选择配置x波段螺旋天线5以及s波段螺旋天线9嵌置在l波段螺旋天线6分时独立工作，以满足应用于不同的射频收发系统。