[发明专利]一种顶端谐振四臂螺旋天线

说明书

技术领域

本发明属于卫星导航天线技术领域，具体涉及一种顶端谐振四臂螺旋天线。

背景技术

卫星导航天线的基本工作原理是同时能够接收到来自于天空中多颗（不少于4颗）导航卫星的电磁信号，并有效地将其转化为电信号传递给后级接收机系统。由于圆极化电磁波入射到目标时旋向逆转，而同时右旋圆极化天线能接收右旋圆极化波，而不能接收左旋圆极化波，反之亦然。因此圆极化天线能抑制雨雾干扰和多径反射，被广泛应用于移动通信、卫星定位等领域。目前全球几大卫星导航系统发射天线均使用右旋圆极化天线进行发射，接收天线也需要设计成右旋圆极化天线，才能获得最佳的接收信噪比。

常见的导航卫星接收天线以微带天线与螺旋天线两大家族为主，它们都有着各自的优、缺点，在特定的应用环境下无法互相取代。

微带天线具有以下优点：（1）剖面低、体积小、重量轻、能与载体共形；（2）具有平面结构，便于和有源器件集成为单一模块；（3）易于加工制造，成本低廉。相同结构的微带天线可以组成微带天线阵，以获得更高的增益和更大的带宽。鉴于微带天线的诸多优点，在全球定位系统中越来越多的采用微带天线来设计收发端。

微带天线是在带有金属导体接地板的介质基板上贴加导体薄片而成的天线。它可利用微带线或是同轴线进行馈电，在导体贴片与接地板之间激励起电磁场，并通过微带贴片四周与接地板间的缝隙向外辐射电磁场。

但微带天线工作带宽窄、方向性强（相对）、易受边界条件影响（天线近场区较大）、辐射效率低、相位中心稳定性差以及圆极化纯度低等缺点也使得其在某些应用场合无法完全胜任，尤其是要求低俯仰角收星的情况下。

螺旋天线由于其自身样式决定，能够产生纯度很高的圆极化辐射。由于具有行波天线特性，配合宽带馈电网络，平面螺旋天线可以达到超过10:1的带宽。但为了实现单向辐射，平面螺旋天线需要一个深度约为1/4波长的反射腔。且天线尺寸与工作波长成正比，几乎不受波导波长影响，因此体积较大，不适合装载于飞行器或小型卫星上进行卫星导航应用，常见于地面监测类应用。

立体螺旋天线有独臂螺旋天线与多臂螺旋天线之分，多臂螺旋天线体积较小，且方向图更接近半球形，相位中心更为稳定，波瓣宽度更广。其中，四臂螺旋天线在卫星导航领域备受人们的青睐。谐振式四臂螺旋天线是一种卫星导航系统中常用的天线形式，具有不需要参考地、能产生赋形方向图，且重量轻、尺寸小的优点。但四臂螺旋天线最大增益理论上不超过3dB，接收信号效果略差；且传统的四臂螺旋天线制作工艺是将金属导体缠绕在介质柱上，或将金属臂印制在柔性印制板上卷曲而成，无法满足如装载于弹头部位时大冲击、大过载、高速旋转的工作要求。

发明内容

本发明需要解决的技术问题为：现有四臂螺旋天线增益小，接收信号效果差；结构不牢固，难以满足如装载于弹头部位时大冲击、大过载、高速旋转的工作要求。

本发明的技术方案如下所述：

一种顶端谐振四臂螺旋天线，自上而下包括天线主辐射体、天馈网络和结构主体，天线主辐射体下端接触安装天馈网络形成接触式馈电，结构主体用于支撑固定其上方的天线主辐射体和天馈网络；

所述天线主辐射体为四臂螺旋圆台形，四臂顶端相连接，中心通过固定螺钉与结构主体相固定；所述天馈网络将输入至天馈网络输入端口的电信号等功率分为四路，并且每相邻两路之间依次相差90度，从四个输出端口将电信号传递给天线主辐射体的四个螺旋臂底部的馈电端面；天线主辐射体的馈电端面通过螺钉，贯穿天馈网络固定于结构主体上。

作为优选方案：所述天线主辐射体包括谐振顶部、四条螺旋臂和螺旋臂底部馈电端面：所述谐振顶部为实心圆台，其设有螺钉通孔，用于通过校正螺钉与结构主体相固定，并校正所述天线主辐射体中心位置矢量；四条圆周方向均匀分布的螺旋臂，上部与谐振顶部呈一体化设计，其余部分逐渐增粗沿谐振顶部张角向下沿同一旋转方向螺旋延伸，整体呈圆台形；每条螺旋臂底端水平向外延展，形成四个互不接触的馈电端面，每个馈电端面均设有馈电紧固螺钉安装孔。

作为优选方案：四条螺旋臂由上至下逆时针旋转3/4周，使天线具有右旋圆极化辐射特性；或四条螺旋臂由上至下顺时针旋转3/4周，使天线具有左旋圆极化辐射特性；四条螺旋臂的长度均接近所需工作频率波长的3/4。

作为优选方案：所述天馈网络由介质基板制作而成，包括一分四正交功分网络、阻抗匹配网络、四个馈电面和射频地面：从天馈网络输入端进入的电信号依次经一分四正交功分网络、阻抗匹配网络和馈电面通过天线主辐射体的馈电端面传递至天线主辐射体。

作为优选方案：