具有增益均匀化效果之四臂螺旋天线装置论文和设计-张凯伦

全文摘要

本实用新型公开了一种具有增益均匀化效果之四臂螺旋天线装置，其特点主要包括：板面设有匹配电路之一匹配电路板；设于匹配电路板板面的一圆筒状介质体；四个子辐射臂设于圆筒状介质体筒壁，各子辐射臂包括馈电区段及延伸臂区段，馈电区段一侧具有延伸至筒壁底端且与匹配电路电性连接的馈入部及接地部，且各子辐射臂更包括设于延伸臂区段且彼此电性导通的第一、第二频带匹配区段，第一频带匹配区段首端则与馈电区段电性导通，且第一、第二频带匹配区段的宽度均设为由其首端开始至尾端结束逐渐加宽的宽度渐变形态。

主设计要求

1.一种具有增益均匀化效果之四臂螺旋天线装置，其特征在于包括：一匹配电路板，具有一板面以及设于该板面的一匹配电路；一圆筒状介质体，设于匹配电路板的板面，圆筒状介质体具有一筒壁，筒壁具有一底端以及一顶端；四个子辐射臂，设于圆筒状介质体的筒壁呈螺旋式环状间隔排列状态，各子辐射臂包括一馈电区段以及一延伸臂区段，其中馈电区段一侧具有延伸至筒壁底端的一馈入部及一接地部，且馈入部及接地部均与匹配电路电性连接，延伸臂区段则朝筒壁的顶端延伸；且其中，各子辐射臂更包括：一第一频带匹配区段，设于延伸臂区段，第一频带匹配区段具有一首端以及一尾端，首端与馈电区段电性导通，且第一频带匹配区段的宽度，设为由首端开始至尾端结束逐渐加宽的宽度渐变形态；一第二频带匹配区段，设于延伸臂区段，第二频带匹配区段具有一首端以及一尾端，第二频带匹配区段的首端与第一频带匹配区段的尾端电性导通，且第二频带匹配区段的宽度，设为由第二频带匹配区段的首端开始至尾端结束逐渐加宽的宽度渐变形态。

设计方案

1.一种具有增益均匀化效果之四臂螺旋天线装置，其特征在于包括：

一匹配电路板，具有一板面以及设于该板面的一匹配电路；

一圆筒状介质体，设于匹配电路板的板面，圆筒状介质体具有一筒壁，筒壁具有一底端以及一顶端；

四个子辐射臂，设于圆筒状介质体的筒壁呈螺旋式环状间隔排列状态，各子辐射臂包括一馈电区段以及一延伸臂区段，其中馈电区段一侧具有延伸至筒壁底端的一馈入部及一接地部，且馈入部及接地部均与匹配电路电性连接，延伸臂区段则朝筒壁的顶端延伸；且其中，各子辐射臂更包括：

一第一频带匹配区段，设于延伸臂区段，第一频带匹配区段具有一首端以及一尾端，首端与馈电区段电性导通，且第一频带匹配区段的宽度，设为由首端开始至尾端结束逐渐加宽的宽度渐变形态；

一第二频带匹配区段，设于延伸臂区段，第二频带匹配区段具有一首端以及一尾端，第二频带匹配区段的首端与第一频带匹配区段的尾端电性导通，且第二频带匹配区段的宽度，设为由第二频带匹配区段的首端开始至尾端结束逐渐加宽的宽度渐变形态。

2.根据权利要求1所述具有增益均匀化效果之四臂螺旋天线装置，其特征在于第一频带匹配区段与第二频带匹配区段各自具有一工作频带较佳增益值，且其较佳增益值之间的差异值范围不大于0.6dBic。

3.根据权利要求1所述具有增益均匀化效果之四臂螺旋天线装置，其特征在于各子辐射臂之馈电区段，更设有一第三频带匹配区段，第三频带匹配区段具有一首端以及一尾端，第三频带匹配区段的尾端与第一频带匹配区段的首端相连接，且第三频带匹配区段的宽度，设为由第三频带匹配区段的首端开始至尾端结束逐渐加宽的宽度渐变形态。

4.根据权利要求3所述具有增益均匀化效果之四臂螺旋天线装置，其特征在于第三频带匹配区段与第一频带匹配区段，或第三频带匹配区段与第二频带匹配区段之间各自具有一工作频带较佳增益值，且其较佳增益值之间的差异值范围不大于0.6dBic。

5.根据权利要求1至4任一项所述具有增益均匀化效果之四臂螺旋天线装置，其特征在于匹配电路板的轮廓形状设成圆形。

6.根据权利要求1至4任一项所述具有增益均匀化效果之四臂螺旋天线装置，其特征在于匹配电路板更组设于一底座结构上。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种天线装置，特别是指一种具有增益均匀化效果之四臂螺旋天线装置创新结构。

背景技术

以天线装置作为卫星系统组成中非常重要的一部分，可实现卫星与地面之间的相互通信，以及地面对卫星之间的相互定位等功能，因此，天线装置的稳定性与可靠度，很大程度地决定了卫星是否能够成功执行其预定的任务，由此亦可看出，天线装置性能的优劣，对于导航系统的性能有着巨大的影响。

一般平面微带天线虽具有体积较大的不利因素，本实用新型所指的四臂螺旋天线因为具有较好的方向性以及广角圆极化等特性，使其相关研究日益受到关注，尤其是应用于多系统兼容卫星导航中的四臂螺旋天线，目前颇受相关业界重视。

然而，综观四臂螺旋天线架构，其所设各子辐射臂之形态，为底端至顶端的宽度设成均等的形状，如此造成其存在工作频带增益值落差大的问题点，当其应用于多种卫星定位系统如GPS、GLONASS及COMPASS等时，存在增益值不易精准控制以因应各频段高质量要求的问题，从而限制了四臂螺旋天线的发展性与效能。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种具有增益均匀化效果之四臂螺旋天线装置。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种具有增益均匀化效果之四臂螺旋天线装置，包括：一匹配电路板，具有板面及设于板面的匹配电路；一圆筒状介质体，设于匹配电路板的板面，圆筒状介质体具有筒壁，筒壁具有底端及顶端；四个子辐射臂，设于圆筒状介质体的筒壁呈螺旋式环状间隔排列状态，各子辐射臂包括馈电区段及延伸臂区段，馈电区段一侧具有延伸至筒壁底端的馈入部及接地部，且馈入部及接地部均与匹配电路电性连接，延伸臂区段则朝筒壁的顶端延伸；且各子辐射臂更包括：一第一频带匹配区段，设于延伸臂区段，第一频带匹配区段具有首端及尾端，首端与馈电区段电性导通，且第一频带匹配区段的宽度设为由首端开始至尾端结束逐渐加宽的宽度渐变形态；一第二频带匹配区段，设于延伸臂区段，第二频带匹配区段具有首端及尾端，第二频带匹配区段的首端与第一频带匹配区段的尾端电性导通，且第二频带匹配区段的宽度设为由第二频带匹配区段的首端开始至尾端结束逐渐加宽的宽度渐变形态。

藉此创新独特形态与技术特征，使本实用新型对照先前技术而言，通过各频带匹配区段的宽度系逐渐加宽的形态，可大幅改善子辐射臂的电磁辐射性能，使四臂螺旋天线对于各工作频带涵盖范围均具有增益均匀化效果，而更能满足覆盖多种卫星定位系统的高带宽功能需求而具实用进步性与较佳产业利用效益。

本实用新型的另一目的，更通过第一频带匹配区段与第二频带匹配区段各自的工作频带较佳增益值之间的差异值范围不大于0.6dBic之另一技术特征，以使各工作频带较佳增益幅度虽有不同但趋于一致，从而获得增益均匀化效果的优点及实用进步性。

本实用新型的又一目的，更通过匹配电路板的轮廓形状设成圆形的又一技术特征，以使本实用新型的天线场型增益状态在-90°～90°范围区间能够趋近圆形与平滑化而更具实用进步性。

附图说明

图1是本实用新型较佳实施例之组合立体图。

图2是本实用新型较佳实施例之分解立体图。

图3是本实用新型较佳实施例之圆筒状介质体立体放大图。

图4是本实用新型较佳实施例之圆筒状介质体展开平面图。

图5是本实用新型之一子辐射臂平面图。

图6是本实用新型之X-Z轴垂直向切面场型图。

图7是本实用新型之Y-Z轴垂直向切面场型图。

具体实施方式

如图1至5所示，本实用新型具有增益均匀化效果之四臂螺旋天线装置包括下述构成：一匹配电路板10，具有一板面11以及设于板面11之一匹配电路12；一圆筒状介质体20(可为FPC材质)，设于匹配电路板10的板面11，圆筒状介质体20具有一筒壁21，筒壁21具有一底端211及一顶端212；四个子辐射臂30(本例为单极子辐射臂)，设于圆筒状介质体20的筒壁21呈螺旋式环状间隔排列状态，各子辐射臂30包括一馈电区段31以及一延伸臂区段32，其中馈电区段31一侧具有延伸至筒壁21底端211的一馈入部311及一接地部312，且馈入部311及接地部312均与匹配电路12电性连接，延伸臂区段32则朝筒壁21的顶端212延伸；且其中，各子辐射臂30更包括：一第一频带匹配区段40，设于延伸臂区段32，第一频带匹配区段40具有一首端41及一尾端42，首端41与馈电区段31电性导通，且第一频带匹配区段40的宽度，设为由首端41开始至尾端42结束逐渐加宽的宽度渐变形态；一第二频带匹配区段50，设于延伸臂区段32，第二频带匹配区段50具有一首端51及一尾端52，第二频带匹配区段50的首端51与第一频带匹配区段40的尾端42电性导通，且第二频带匹配区段50的宽度，设为由第二频带匹配区段50的首端51开始至尾端52结束逐渐加宽的宽度渐变形态。

第一频带匹配区段40与第二频带匹配区段50各自具有一工作频带较佳增益值，且其较佳增益值之间的差异值范围不大于0.6dBic。

详如图5所示，本例中，各子辐射臂30的馈电区段31，更设有一第三频带匹配区段60，第三频带匹配区段60具有一首端61以及一尾端62，第三频带匹配区段60的尾端62与第一频带匹配区段40的首端41相连接，且第三频带匹配区段60的宽度，设为由第三频带匹配区段60的首端61开始至尾端62结束逐渐加宽的宽度渐变形态。

通过上述结构组成形态与技术特征，本实用新型所述四臂螺旋天线装置实际应用上，利用其各频带匹配区段的宽度逐渐加宽之形态，可大幅改善子辐射臂30的电磁辐射性能，使四臂螺旋天线对于各工作频带涵盖范围均具有增益均匀化效果，而更能满足覆盖多种卫星定位系统的高带宽功能需求；此部份请参表一所示:

表一、系本实用新型与现有结构较佳增益差异对照表：

上表中，系以目前使用较广泛的三种卫星定位系统调整频带范围作为举例，用以比对本实用新型技术特征在各频带范围与现有结构较佳增益值的差异状态，而本表中所指现有四臂螺旋天线架构，是指其天线从辐射体底部至顶端的宽度为均等形态者，现有结构经测量其在A、B及C的频带辐射体对天线增益的结果，可知其增益值最小为0.6dBic、最大则为2.2dBic，两者较佳增益值之间落差为1.6dBic；反观本实用新型各调整频带范围的较佳增益值相较于现有结构各调整频带范围的较佳增益值均有显著提升，本实用新型调整后全频段的平均增益值可达3±0.3dBic，且各调整频带范围的较佳增益值之间落差降至0.6dBic以下，可见本实用新型的各调整频带范围较佳增益值所形成的统计曲线，其平稳度确实能够明显改善，从而达到本实用新型所诉求的增益均匀化效果。

此外，本实用新型四臂螺旋天线装置利用其各频带匹配区段的宽度逐渐加宽的形态特征，其优点除了前述将高低频的匹配提升至能够满足增益平稳度3±0.3dBic内(如上表一)之外，如图6、7所示，本实用新型的增益状态在X-Z及Y-Z两个垂直向切面天线场型图中可看出，在-90°～90°角度范围确可达到相当平滑的优异场形态样。

如图2所示，本例中，匹配电路板10的轮廓形状设成圆形。本例所示形态特征，主要是将现有方型匹配电路板更换成圆形匹配电路板，如此一来，使其不圆度能够获得改善，例如从最大2.8dB优化至最大1.2dB。

如图1、2所示，本例中，匹配电路板10更组设于一底座80结构上，本例所述底座80之具体实施形态不拘，主要是用以形成天线装置的完整外观部件，因此底座80上通常会进一步加上一罩壳部件(图未绘示)，惟此部份即非本实用新型所欲论究之技术范畴，即不再赘述。

设计图

具有增益均匀化效果之四臂螺旋天线装置论文和设计

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