[发明专利]一种高增益小型化的螺旋天线

说明书

本发明公开了一种高增益小型化的螺旋天线，所述高增益小型化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；所述螺旋天线包括锥型结构的螺旋线、第一金属板、第二金属板、耦合馈电电容；所述第二金属板的顶部与耦合馈电电容的底部连接；所述耦合馈电电容的顶部与第一金属板的底部连接；所述螺旋线与第一金属板的顶部设置连接；所述第二金属板设有第一通孔，所述耦合馈电电容设有第二通孔，所述内导体穿过所述第二金属板的第一通孔、耦合馈电电容的第二通孔与第一金属板的底部连接，实现射频信号通过耦合馈电电容以电磁场耦合的形式对辐射单元进行馈电；所述外导体与第二金属板的底部连接，使得第二金属板成为天线的接地板。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，更具体的，涉及一种高增益小型化的螺旋天线。

背景技术

随着无线移动通信的不断发展，通信设备对全向辐射、高增益、小型化的天线需求越来越大，在所有的全向辐射天线种类中，法向模式辐射的螺旋天线得到广大研究人员的关注。螺旋天线可以工作于轴向模式(定向辐射)、法向模式(全向辐射)，根据理论知识可以选定尺寸限制范围，使得螺旋天线工作于法向模式。螺旋天线的辐射体为具有螺旋形状且导电性能良好的金属线，通常螺旋天线的信号由同轴端口馈电，同轴线的内导体直接连接螺旋线导体，而外导体与接地平面连在一起。螺旋天线结构简单，制作成本低，具备全向辐射的模式性能。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。针对该设计，采用法向模螺旋天线实现在水平面全向辐射，在接地板法线方向低辐射。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。但是随着社会的不断发展，生产需求要求螺旋天线必须做到足够小型化从而可以进行内置，并且在小型化天线尺寸的同时，保持天线的高增益辐射性能，不能更改螺旋天线的全向辐射模式，总而言之，在要求高度小型化的同时，必须保持高增益、高效率、全向辐射。

现有技术之一，如图1所示，该设计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，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(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。匹配网络参考图2。

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，市场要求高度在谐振频率真空波长的0.015倍以下；(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，难度非常高，加工误差较大。

现有技术之二，如图3所示，该结构采用的技术为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，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。

现有技术之二存在的缺点如下：