一种基于平行板电容加载的螺旋天线制造技术

本实用新型专利技术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。本实用新型专利技术螺旋天线实现高增益、小型化。

A Helical Antenna Based on Parallel Plate Capacitance Loading

【技术实现步骤摘要】
一种基于平行板电容加载的螺旋天线
本技术涉及无线通信
，更具体的，涉及一种基于平行板电容加载的螺旋天线。
技术介绍
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。(2)在不接阻抗匹配网络之前，回波损耗很大，但是增加了阻抗匹配网络之后，使得天线的结构复杂化，又不利于螺旋线的小型化。
技术实现思路
本技术为了解决螺旋天线存在寸尺大，不能满足产品需求的问题，同时为了降低螺旋天线的安装规格要求，提供了一种基于平行板电容加载的螺旋天线，其能保证实现螺旋天线小型化、高增益的基础上，降低螺旋天线的安装规格要求，同时该螺旋天线能提供不同的工作频率和不同的工作模式。为实现上述本技术目的，采用的技术方案如下：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；在实际应用中，所述基于平行板电容加载的螺旋天线需要设置在天线罩中，所述的第一金属地板、第一平行板电容、螺旋天线、第二平行板电容、第二金属地板、同轴馈电线由上到下分别设置在天线罩中，天线罩用于保护内部结构不受外部影响。优选地，所述同轴馈电线的外导体与第二金属地板的底部连接，且内导体与外导体水平设置。本技术为了保持第一金属地板、第二金属地板相互平行设置，在第一金属地板、第二金属地板之间设置若干条支撑柱，用于固定支撑第一金属地板、第二金属地板，并保持第一金属地板、第二金属地板相互平行设置。优选地，所述第一平行板电容、第二平行板电容分别设置连接在第一金属地板、第二金属地板的一端表面的中心点上；所述螺旋天线的两端分别设置连接第一平行板电容、第二平行板电容的一端表面的中心点上；所述第二金属地板上的通孔的位置与第二平行板电容连接的一端的表面的中心点，第二金属地板上的通孔的半径寸尺等于外导体的半径；所述内导体与第二金属地板的高度保持在同一水平。优选地，本技术的螺旋天线3在进行加载后的螺旋天线3其实等效于电感L与两个电容C串联，从低频电路理论知识可知从公式中可知通过增大电容值C，在保证频率f不变的情况下，螺旋天线3的电感值L应当相应下降。而电感值L的下降就可以通过减小螺旋天线3的匝数来实现，也就是说通过减小螺旋天线3的高度从而减小螺旋天线3的电感量从而保证f不变，这样就达到了小型化的目的。因此所述螺旋天线的总高度设置为36mm，匝间距为15mm，螺旋天线的绕制半径为4mm，螺旋天线导体的半径为0.5mm。优选地，所述同轴馈电线采用50Ω同轴馈电线，所述同轴馈电线设置为同轴馈电端口。进一步地，所述基于平行板电容加载的螺旋天线通过所述同轴馈电线输入的阻抗为58.92-j*1.52Ω。优选地，所述第一金属地板、第二金属地板均设置圆形结构，第一金属地板、第二金属地板均采用厚度为0.035mm、半径为58.8mm的金属结构。优选地，所述第一平行板电容、第二平行板电容均采用电介质的介电常数为60，设置第一平行板电容、第二平行板电容为圆柱状，其中第一平行板电容的半径为6mm、高度为3mm，第二平行板电容的半径为3.5mm，高度为3mm。进一步地，所述第一金属地板、第二金属地板、螺旋天线均采用金属铜。本技术的有益效果如下：1.本技术所加载的电容并非集总元件，是直接采用高介电常数电介质和采用薄铜直接形成电容，在实际生产加工上，这种结构容易加工，机械性较高，可实行性较高，与螺旋天线结构很好的融合加工在一起。2.本技术采用电容加载可实现螺旋天线的高度下降为真空波长的0.067倍，本技术的螺旋天线结构的总高度为43.14mm，低于50mm，尺寸小型化的程度很高。3.本技术不需要外加阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于平行板电容加载的螺旋天线，包括螺旋天线(3)，所述基于平行板电容加载的螺旋天线外接同轴馈电线(6)，所述同轴馈电线(6)包括内导体(7)、外导体(8)，其特征在于：还包括第一金属地板(1)、第二金属地板(5)、第一平行板电容(2)、第二平行板电容(4)；所述螺旋天线(3)的两端分别与第一平行板电容(2)、第二平行板电容(4)的一端连接，且第一平行板电容(2)、第二平行板电容(4)相互平行设置；所述第一平行板电容(2)、第二平行板电容(4)的另一端分别与第一金属地板(1)、第二金属地板(5)连接；所述第二金属地板(5)设有通孔；所述同轴馈电线(6)的内导体(7)穿过通孔与第二平行板电容(4)连接；所述同轴馈电线(6)的内导体(7)通过第二平行板电容(4)以场的形式对辐射单元进行馈电。

【技术特征摘要】
1.一种基于平行板电容加载的螺旋天线，包括螺旋天线(3)，所述基于平行板电容加载的螺旋天线外接同轴馈电线(6)，所述同轴馈电线(6)包括内导体(7)、外导体(8)，其特征在于：还包括第一金属地板(1)、第二金属地板(5)、第一平行板电容(2)、第二平行板电容(4)；所述螺旋天线(3)的两端分别与第一平行板电容(2)、第二平行板电容(4)的一端连接，且第一平行板电容(2)、第二平行板电容(4)相互平行设置；所述第一平行板电容(2)、第二平行板电容(4)的另一端分别与第一金属地板(1)、第二金属地板(5)连接；所述第二金属地板(5)设有通孔；所述同轴馈电线(6)的内导体(7)穿过通孔与第二平行板电容(4)连接；所述同轴馈电线(6)的内导体(7)通过第二平行板电容(4)以场的形式对辐射单元进行馈电。2.根据权利要求1所述的基于平行板电容加载的螺旋天线，其特征在于：所述同轴馈电线(6)的外导体(8)与第二金属地板(5)的底部连接，且内导体(7)与外导体(8)水平设置。3.根据权利要求1所述的基于平行板电容加载的螺旋天线，其特征在于：所述第一平行板电容(2)、第二平行板电容(4)分别设置连接在第一金属地板(1)、第二金属地板(5)的一端表面的中心点上；所述螺旋天线(3)的两端分别设置连接第一平行板电容(2)、第二平行板电容(4)的一端表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亮贤，林福民，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：新型
国别省市：广东,44