小型化平面四臂槽螺旋天線(xiàn)

1引言

平面螺旋天線(xiàn)和平面槽螺旋天線(xiàn)最早是在上世紀六十年代提出來(lái)的。由于其具有寬波束，寬頻帶，圓極化等特性而被廣泛地應用在GPS，PCS等領(lǐng)域。當用同軸線(xiàn)等非平衡傳輸線(xiàn)對平面螺旋天線(xiàn)饋電時(shí)需要巴倫來(lái)平衡電流，這樣會(huì )增加天線(xiàn)的復雜性和體積。為了獲得較好的軸比，通常在螺旋臂上加載負載電阻，但這樣同時(shí)會(huì )降低天線(xiàn)的效率。

本文對專(zhuān)利的平面四臂槽螺旋天線(xiàn)進(jìn)行了改進(jìn)，使用了一種口徑耦合饋電結構，這樣在饋電點(diǎn)就不需要外接巴倫了。陶瓷介質(zhì)板具有相對較高的介電常數，能使天線(xiàn)小型化。在螺旋臂終端形成終端漸削結構，這樣能在不降低增益的情況下獲得較低的軸比。另外，本天線(xiàn)使用了一個(gè)薄金屬背腔來(lái)實(shí)現單向輻射，增大天線(xiàn)增益。文中介紹了天線(xiàn)設計細節，并給出了天線(xiàn)的仿真與實(shí)測結果。

2天線(xiàn)設計

如圖1所示，該天線(xiàn)包括一個(gè)平面陶瓷介質(zhì)板和一個(gè)金屬背腔。在饋電點(diǎn)天線(xiàn)通過(guò)一段四分之一波長(cháng)阻抗變換線(xiàn)與饋電圓環(huán)匹配，這種方法可以使平面四臂槽螺旋天線(xiàn)很好地匹配到50歐姆。饋電圓環(huán)的周長(cháng)為介質(zhì)中1.561GHz工作頻率所對應的工作波長(cháng)，這樣可以使四個(gè)相鄰耦合槽之間相位差為90°。在饋電圓環(huán)的終端有一吸收電阻，用來(lái)吸收未輻射出去的能量。調節耦合開(kāi)口槽的大小使耦合到開(kāi)口槽的能量分別具有相同的幅度，這樣平面四臂槽螺旋天線(xiàn)能夠工作在一次模狀態(tài)。天線(xiàn)螺旋臂為阿基米德螺旋，增長(cháng)率為3.45(mm/radian),內徑為18.8mm，外徑45.8mm。槽螺旋臂的終端會(huì )對能量產(chǎn)生反射，反射的能量會(huì )以旋向相反的圓極化方式輻射出去，這樣就會(huì )影響到天線(xiàn)的軸比。在螺旋臂的終端或者沿著(zhù)螺旋臂增加負載電阻是吸收反射能量的一個(gè)有效方式，但這種方式會(huì )同時(shí)降低天線(xiàn)的增益。該天線(xiàn)使用一種終端漸削結構來(lái)減小軸比同時(shí)不會(huì )降低軸比和增加復雜性。在介質(zhì)板的背面安放一金屬背腔來(lái)實(shí)現天線(xiàn)的單向輻射，同時(shí)也會(huì )增大天線(xiàn)的增益。

圖1天線(xiàn)結構

圖2天線(xiàn)實(shí)物圖