(完整word版)四臂螺旋天线简介
具有紧凑馈电网络的宽带四臂螺旋天线
具有紧凑馈电网络的宽带四臂螺旋天线褚庆昕;蔺炜;林伟鑫;杜述【摘要】传统的自相移馈电四臂螺旋天线(QHA)由于最小回波损耗频点和最小轴比频点不在一个频率上,因此,难以在较宽的频带内同时满足良好的阻抗匹配和圆极化特性.虽然采用功分相移网络馈电可以解决上述问题,但是馈电网络尺寸普遍较大,难以应用于手持机上.本文提出了一种底部带有紧凑的功分相移馈电网络的四臂螺旋天线,可以在宽频带内实现四个输出端功率平衡输出,相位两两相差90度.所提出的馈电网络使得四臂螺旋天线既可以实现宽带圆极化辐射,又具有小尺寸,非常适合GPS、北斗移动手持设备的应用需求.【期刊名称】《电子学报》【年(卷),期】2013(041)004【总页数】5页(P722-726)【关键词】圆极化天线;四臂螺旋天线;功分相移馈电网络;宽带;移动手持设备【作者】褚庆昕;蔺炜;林伟鑫;杜述【作者单位】华南理工大学电子与信息学院,广东广州 510640;华南理工大学电子与信息学院,广东广州 510640;华南理工大学电子与信息学院,广东广州 510640;华南理工大学电子与信息学院,广东广州 510640【正文语种】中文【中图分类】TN821 引言全球卫星定位系统GPS自广泛商用以来得到了迅速的发展.与此同时,我国的北斗卫星导航系统也初具规模.作为北斗系统手持终端设备,接收卫星信号的天线十分重要.该系统要求天线具有圆极化辐射,带宽宽,波瓣宽度宽,结构紧凑等特点.谐振式四臂螺旋天线因结构紧凑,具有心形辐射方向图以及良好的前后比,被广泛用于GPS、北斗以及其他的无线通讯系统中[1,2].传统的四臂螺旋天线(QHA)是由两个相互正交放置的双臂螺旋天线(BHA)组成的.每个双臂螺旋天线可以看成一个全波长的环天线.为了实现圆极化辐射,两个双臂螺旋天线需要用等振幅,相位相差90°的信号馈电.传统的自相移方法实现圆极化辐射是通过设计调节两个双臂螺旋天线的谐振频率稍微偏离它们各自的中心频率,其中一个双臂螺旋天线长度稍长于谐振长度从而使其输入阻抗产生一个+45°的相位;而另一个双臂螺旋天线长度稍短于谐振长度从而使其输入阻抗产生一个-45°的相位,最终使得两个双臂螺旋天线上的相位相差90°.自相移方法由于结构紧凑很适合用于GPS移动手持设备中.然而,在自相移模式中,轴比跟回波损耗的最低点不能在中心频率上吻合.当轴比的最低点设计到了中心频率处,回波损耗却不是很理想,反之亦然.因此,自相移阻抗轴比带宽非常窄,很难实现宽带的圆极化辐射,并不能满足GPS、北斗等系统应用的要求[3～5].实现四臂螺旋天线的宽带特性取决于外加的功分相移馈电网络.为了实现良好阻抗匹配与宽带圆极化特性,文献[6～9]提出的功分馈电网络可以实现四个输出端口等振幅,相位两两相差90°,作为螺旋天线的馈电网络,但是天线尺寸均较大,无法用于移动手持设备.为了减小体积,使用一种半集总元件加载可以实现宽带圆极化辐射,使得在中心频率2.0GHz处天线面积减小了50%[10].但是由于有集总元件加载这种结构不适合用于高频.本文提出了一种采用紧凑功分相移网络馈电的四臂螺旋天线.所提出的功分相移网络能够实现四个端口输出等振幅、相位两两相差90°的信号.整个天线结构紧凑,并且有很宽的阻抗带宽以及轴比带宽,非常适合于GPS、北斗等移动手持设备.2 四臂螺旋天线三种馈电方法2.1 自相移方法图1是一款介质加载的采用自相移方法馈电的半波长四臂螺旋天线.天线的直径D 和轴长H依据文献[11]设计.天线使用同轴线进行馈电,下部的巴伦起到了平衡馈电的作用.天线辐射部分由两个正交放置的全波长天线组成.天线之间90°的相位差是通过设计两个双臂螺旋的谐振频率稍稍偏离天线中心频率来实现的.其中一个双臂螺旋高于天线中心频率,另一个低于天线中心频率,从而产生两付天线上90°的电流相位差.图2显示了自相移四臂螺旋天线的回波损耗以及轴比曲线,在中心频率2.1GHz处,轴比达到了最低点,但是回波损耗却不是最小,带宽很窄.2.2 加载没有相移的馈电网络图3是外加输出没有相移的功分馈电网络四臂螺旋天线.除了去掉巴伦结构外,其余的参数跟上一节中介绍的天线一样.圆极化特性依然是由自相移实现.输入端馈电网络是由端口0,两个Wilkinson功分器以及四个输出端口组成.端口0是由特性阻抗为Z 1的平行双线形成.两个Wilkinson功分器的特性阻抗为Z 2.四个输出端口分别为端口1,2,3和4,如图4所示.输入端馈电结构采用平行双线实现反向激励,两个功分器实现平衡输出.因为θ1和θ2的电长度相等,以及对称结构,端口1跟3,端口2跟4之间的相位都相差180°.图5显示了采用上述馈电网络馈电的四臂螺旋天线的回波损耗以及轴比曲线.可以看出,天线的回波损耗跟轴比的最低点不重合,阻抗跟轴比带宽依然很窄.馈电网络的特性阻抗为Z 1=50Ω,Z2=25Ω,Z3=35.4Ω,Z4=25Ω,以及R=50Ω.详细的特性阻抗设计过程在第三部论述.2.3 带90°相移的功分馈电网络上述两种馈电方式都有同样的缺陷,就是带宽很窄以及回波损耗与轴比曲线的最低点不能重合.最根本的原因就是自相移馈电,因此,为了实现宽带圆极化,需要引入输出相位差两两相差90°的功分馈电网络,使得螺旋结构对称,两个双臂螺旋均可以在中心频率上谐振.基于图4的功分馈电网络,如果调节两个功分器输出端传输线θ1和θ2的电长度相差90°,就可以得到新型的90°相移的功分馈电网络.因为输出端口1跟端口3的相位分别滞后端口2跟端口4的相位90°,以及端口1跟端口3,端口2跟端口4之间的相位均相差180°,从而实现四个端口之间相位两两相差90°,满足四臂螺旋天线馈电输入端的相位要求.图6显示了采用该功分馈电网络的四臂螺旋天线的回波损耗以及轴比曲线.很显然,采用新型相位两两相差90°的功分馈电网络的四臂螺旋天线显示了良好的阻抗以及轴比带宽.3 紧凑的功分相移网络图7是本设计中新型功分相移网络的模型图.两条平行双线跟两个Wilkinson功分器分别对称地印制在两个介质基片上,背靠背放置共用一个金属地板.注意到在平行双线的输入端地板被去掉.上下两个功分器的结构参数半径r,厚度 h以及相对介电常数εr都相同.功分馈电网络由同轴线进行激励,同轴线的内外导体分别连接平行双线的上下输入端.为了减小功分器的体积,对传输线进行了弯折.由于功分器两个输出端长度相差四分之一波长,θ1跟θ2的电长度相差90°.功分器的两个输出端口1跟端口2位于上面的介质基片上,另外两个输出端口3跟端口4位于下面的介质基片上.通过选择合适介电常数的介质基片进行设计,馈电网络可以与四臂螺旋相匹配,形成紧凑的功分相移网络.平行双线的特性阻抗Z1和微带传输线的特性阻抗Z 2满足如下公式通常Z 1等于50Ω从而Z2等于25Ω.为了实现阻抗匹配,Wilkinson功分器的特性阻抗满足如下公式为了得到Z 4的特性阻抗,需要知道天线四个螺旋线的输入阻抗.假设四臂螺旋天线四个端口由等振幅,两位两两相差90°的信号激励,四个信号如下表示 E1=e-jπ/2,E2=ej0,E3=ejπ/2,以及E4=ejπ.在端口p(p=1,…,4)处的输入阻抗可以由式(3)[12]来表示：其中Z 0表示负载阻抗.知道了输入阻抗 Z in,在中心频率处 Z 4的特性阻抗可以由式(4)计算：其中Re表示输入阻抗Z in的实部.在本设计中,如果把Z in的实部设计为50Ω,天线可以实现很宽的阻抗跟轴比带宽,在一下节将会看到.因此,功分馈电网络的特性阻抗分别为：Z 2=25Ω以及Z 1=Z 3=Z4=50Ω对应微带线宽度W1以及W2.其结构参数分别为：r=13mm,h=0.8mm,εr=4.4,W1=4.17mm,以及 W2=1.52mm.图8分别显示了仿真的功分器端口的振幅跟相位响应.可以看出,输入端口的阻抗匹配非常好,四个输出端口的传输响应S10,S20,S30以及 S40的变化范围很小,从6.1dB到6.7dB.功分器四个端口的相位差在1.7GHz到2.5GHz的范围内为90°±10°,因此该功分馈电网络四个输出端口可以产生等振幅,相位两两相差90°的输出信号.4 测试结果图9是加工制作成的由功分馈电网络进行馈电的四臂螺旋天线.馈电网络印刷在FR4相对介电常数为4.4的介质基片上.可以看到馈电网络结构紧凑与四臂螺旋浑然一体.仿真结果是由Ansoft公司高频结构仿真软件HFSS11.0完成,所有的测量结果是由Agilent N5230网络分析仪以及天线室外远场测试系统完成.图10比较了采用本设计功分馈电网络以及采用自相移方式馈电的四臂螺旋天线的回波损耗曲线.在仿真中采用本设计功分馈电网络的四臂螺旋天线显示了41.4%的10dB带宽(回波损耗小于10dB),从1.59GHz到 2.42GHz.实测中 10dB带宽达到了 39.6%,从1.62GHz到2.42GHz.然而,采用自相移方式的四臂螺旋天线阻抗带宽仅仅为5.6%,从2.08GHz到2.2GHz,远远小于采用本文提出功分馈电网络后的阻抗带宽.图11比较了采用本设计功分馈电网络以及采用自相移方式馈电的四臂螺旋天线的轴比曲线.在仿真中采用本设计功分馈电网络的四臂螺旋天线显示了82.2%的3dB 轴比带宽(轴比小于3dB),从1.04GHz到2.51GHz.实测中3dB轴比带宽达到了72.5%,从1.17GHz到2.50GHz.然而,采用自相移方式的四臂螺旋天线轴比带宽仅仅为2.9%,从2.07GHz到2.13GHz,远远小于采用本文提出功分馈电网络后的轴比带宽.图12显示了本设计四臂螺旋天线仿真与测量的最大增益曲线.可以看出,仿真的3dB增益带宽分别达到了 25.3%,从 1.95GHz到 2.39GHz,最大增益达到3.46dBi;测量的3dB增益带宽分别达到了25.8%,从1.89GHz到2.45GHz,最大增益达到3.1dBi.图13显示了本设计四臂螺旋天线在中心频率以及两边频率上XOZ平面的归一化方向图.测量的3dB轴比波束宽度在中心频率以及两变频均大于60°.从而显示了该天线具有很好的圆极化宽带辐射特性.在Z轴正方向上产生了右旋圆极化辐射.5 结论本文提出了一种紧凑的功分相移馈电网络,可以实现四个输出端功率平衡输出,且相位两两相差90°.该馈电网络使得四臂螺旋天线既可以实现宽带的圆极化辐射,又具有小尺寸,非常适合GPS、北斗移动手持设备的应用需求.文章详细分析了四臂螺旋天线的三种馈电方式.并且分析了馈电网络的实现结构以及原理.对天线进行加工制作并且测试.测量结果与仿真吻合很好并且显示了很好的宽带特性.参考文献【相关文献】[1]JM Tranquilia,et al.A study of the quadrifilar helix antenna for global positioning system(GPS)application[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation,1990,38(10)：1545-1550.[2]R Cahill,et al.Performance of shaped beam quadrifilar antennas on the METOP spacecraft[J].IEE Proceedings Microwaves,Antennas and Propagation,1998,145(1)：19-24.[3]C Kilgus.Resonant quadrafilar helix[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation,1969,17(3)：349-351.[4]O Leisten,et al.Miniaturised dielectrically-loaded quadrifilar antenna for Global Positioning System(GPS)[J].Electronics Letters,2001,37(22)：1321-1322.[5]王家勇,等.低轨道小卫星通信中谐振式四臂螺旋天线的应用研究[J].电子学报,2002,30(12)：1865-1866.WANG Jia-yong,et al.An application study of the resonant quadrifilar helix antenna in low orbit micro-satellite communication[J].Acta Electronica Sinica,2002,30(12)：1865-1866.(in Chinese)[6]K Kiesi.A Small Quadrifilar Helix Antenna[D].Helsinki,Finland：Helsinki University ofTechnology,1995.[7]付世强,等.船载海事卫星通信印刷四臂螺旋天线设计[J].舰船电子工程,2010,30(2)：188-183.FU Shi-qiang,et al.Shipboard printed quadrifilar helical antenna for INMARSAT satellite communication[J].Ship Electronic Engineering,2010,30(2)：188-183.(in Chinese)[8]沈仁强,等.圆锥印刷四臂螺旋天线的分析与设计[J].微波学报,2007,23(5)：14-18.SHEN Ren-qiang,et al.Analysis and design of conical printed quadrifilar helical antenna[J].Journal of Microwaves,2007,23(5)：14-18.(in Chinese)[9]胡明春,等.宽带宽角圆极化贴片天线的实验研究[J].电子学报,2002,30(12)：1888-1890.HU Ming-chun,et al.Experimental study of broad-band and wide-angle circularly polarized patch antennas[J].Acta Electronica Sinica,2002,30(12)：1888-1890.(in Chinese)[10]A Sharaiha,et al.Printed quadrifilar resonant helix antenna with integrated feeding network[J].Electronics Letters,1997,33(4)：256-257.[11]C Kilgus.Shaped-conical radiation pattern performance of the backfire quadrifilar helix[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation,1975,23(3)：392-397.[12]O P M Pekonen,et al.Measuring the input impedance of a quadrifilar helixantenna[J].Microwave and Optical Technology Letters,1998,17(2)：102-107.。
GPS.BD2(北斗)四臂螺旋天线规格书
GPS、BD2(北斗)多频四臂螺旋天线规格书
前言：随着现代无线通讯事业的发展，卫星导航
定位系统在人们的生活中起着越来越重要的作用。
从而
对GPS以及北斗天线的需求越来越大，深圳微航磁电技
术有限公司基于新型高分子介质材料，研发出了现有的
GPS+BD2（北斗）四臂螺旋多频天线。
一．产品说明
本产品属于3D构型天线，放置空间任何位置时增益稳定
二．产品类别
天线类别:四臂螺旋多频天线
三．产品编码
WH-S-GB-D:GPS+BD2四臂螺旋多频天线
四．产品性能
GPS性能：
频率范围：1575.42±1.023Mhz
极化方向：右旋圆极化
增益:-2dBi
电压驻波比≤1.5
阻抗：50Ω
轴比：≤6dB
不圆度：±2.0dB
BD2性能：
频率范围：1561.42±3.58Mhz
极化方向：右旋圆极化
增益:-2dBi
电压驻波比≤1.5
阻抗：50Ω
轴比：≤6dB
不圆度：±2.0dB
五．产品性能指标
增益
电压驻波比
Marker1:1575.42Mhz（1.8） Marker2:1561.098Mhz（1.3）
阻抗：50Ω
Marker1:1575.42Mhz
五．产品外形尺寸六.焊接方式
七．引脚方式。
宽带小型化四臂螺旋天线概要
宽带小型化四臂螺旋天线随着现代无线通信事业的发展,卫星导航定位系统在人类社会生活中起着的作用已经越来越重要。
全球定位系统(Global Positioning System, GPS)在民用及军事领域内具有广泛的应用。
近年来GPS定位技术在民用领域得到迅速发展,特别是在车辆导航和移动电话定位这两个方面。
而研究卫星定位系统终端使用的天线具有重要的价值与意义,特别是天线的宽带化、小型化技术。
在众多的天线形式当中,四臂螺旋天线由于具有良好的宽波束圆极化特性,满足卫星定位系统接收天线要求。
本文主要设计了三种用于卫星导航定位系中的四臂螺旋天线,同时给出了螺旋天线的设计过程以及实验和仿真结果。
论文主要包括以下内容：首先,综述了卫星导航定位系统的发展和现状,介绍了卫星定位系统天线的技术要求及常用的天线形式,并对最常用的微带天线及四臂螺旋天线的特性进行了对比。
第二,详细讨论四臂螺旋天线的物理结构及工作原理,总结了四臂螺旋天线的宽带化、小型化技术的发展现状。
第三,设计了一种新颖的宽带四臂螺旋天线。
该天线使用宽带微带巴伦及威尔金森功分器进行馈电,馈电网络包裹在天线内部节省了安装空间。
天线工作在GPS频段,中心频率为1.575MHz,波束极化形式为右旋圆极化。
我们使用Ansoft HFSS11.0软件对天线模型进行了仿真研究,波束宽度达150度,波束宽度内轴比小于3dB。
S11小于-10dB的带宽达到0.82GHz至2.62GHz。
天线在很宽的频带内具有良好的宽波束圆极化特性。
第四,设计了一种带有新型馈电网络的宽带角锥四臂螺旋天线,其波束宽度为150度,波束宽度内轴比小于3dB,S11小于-10dB的相对带宽达39.7%,3dB轴比带宽达到22%。
另外还设计了一种采用平行折叠式螺旋臂的小型化圆柱印刷四臂螺旋天线,其波束宽度为120度,波束宽度内轴比小于3dB,S11小于-10dB的带宽及3dB轴比带宽均达10.5%,实现了宽带小型化。
(完整word版)四臂螺旋天线简介
四臂螺旋式天线四臂螺旋式天线（Quadrifilar Helix Antenna ）一般由四条按特定规则弯曲的金属线条镶于圆柱形基材上，无需任何接地。
它具备有Zapper天线的特性，也具备有垂直天线的特性。
此种巧妙的结构，使天线任何方向都有3dB的增益，方向图特性良好。
四臂螺旋式天线拥有全面向360度的接收能力，因此在与pda结合时,无论PDA的摆放位置如何,四臂螺旋式天线皆能接收,有别于使用平板GPS天线需要平放才能较好的接收的限制.使用此种天线,当卫星出现于地平面上10度时,即可收到卫星所传送的讯号.四臂螺旋天线是美国约翰普金斯大学应用物理实验室博士Kilgus于1968年提出的，之后人们对其进入了深入的研究。
该天线具有心型方向图、良好的前后比及优异的圆极化特性，因此被广泛应用于卫星通信系统，尤其被认为是理想的全球定位系统GPS和卫星手机接收天线，但体积大是其缺点。
早期四臂螺旋天线的辐射单元一般采用金属管或金属线，通过弯曲成型或缠绕在绝缘柱上，这样必然需要在馈电网络中加入复杂的平衡转换器和阻抗匹配网络，螺旋结构也需要机械支撑，因此天线体积较大，难于批量生产。
2001年Leisten提出了陶瓷介质加载四臂螺旋天线。
该天线采用陶瓷填充，天线体积缩小大10.00×17.8mm（底面直径×高），为未加载的1\6.相对于应用于GPS系统的介质加载微带贴片天线，DQHA还具有优良的前后比和广角圆极化特性，且电磁场被束缚在陶瓷核内，近场很小，天线受手机、人体等周围环境影响很小。
陶瓷天线虽然在性能方面表现已经较好，但需要十多种不可缺少工艺，才制成产品。
流程长的代价是产品巨贵，且体积不大不小的，在手机中用，体积需要进一步减小。
为此国内研究左手材料及天线的专家在2011年联合推出了一款自主研发的新型多频四臂螺旋天线，即微航牌四臂螺旋天线。
相比于陶瓷天线，微航牌天线在相同的体积增益高、相同的增益体积小，并有圆柱型（直径6.0mmX12mm）、条形（6.0mmX6.0mmX13mm）等多种款式，可用于手机GPS中。
船载海事卫星通信印刷四臂螺旋天线设计
船载海事卫星通信印刷四臂螺旋天线设计提纲：第一章：绪论1.1 研究背景和意义1.2 国内外研究现状分析1.3 研究目的和内容1.4 研究方法和技术路线第二章：船载海事卫星通信系统概述2.1 船载通信系统的基本要求2.2 海事卫星通信系统的特点和应用2.3 国内外主要设备的技术特点第三章：四臂螺旋天线设计3.1 螺旋天线的基本原理3.2 四臂螺旋天线的结构设计3.3 四臂螺旋天线的性能分析3.4 四臂螺旋天线的制作工艺第四章：四臂螺旋天线性能测试4.1 性能测试系统的设计4.2 天线增益和辐射图的测试结果4.3 天线带宽和极化性能的测试结果第五章：结论和展望5.1 研究成果总结5.2 研究存在的问题和不足5.3 研究的展望和未来发展方向参考文献第一章：绪论1.1 研究背景和意义随着航运市场的不断发展，航运业面临越来越多的挑战，其中之一是如何建立可靠的船舶通信系统，以便进行全球范围内的通信、导航和监控等工作。
在过去的几十年里，卫星通信技术越来越成为海上通信的主要形式。
现代化的船载海事卫星通信系统大大提高了船舶的安全性和工作效率，增强了船员与船方之间、船舶与地面之间的联系，降低了工作风险，提高了航行效率。
然而，由于船舶的特殊性质，船载卫星通信系统需要具备一系列的技术要求，并面临着一系列的技术难题，如如何提高信号接收的稳定性、如何降低信号干扰等。
因此，对于船载海事卫星通信系统的研究和开发具有重要意义。
1.2 国内外研究现状分析目前，在海事卫星通信领域，国内外都取得了一定的进展。
国际海事组织和国内相关机构出台了一系列卫星通信标准和要求，为相关企业和机构提供了技术指导和规范。
船舶卫星通信市场呈现出不断扩大的趋势，相关企业的研究和开发也在不断推进。
在技术上，卫星通信系统的形式也日益丰富多样，如全球星计划、中高轨卫星通信系统、L波段通信等。
对于天线技术来说，四臂螺旋天线作为一种广泛应用于船舶卫星通信系统中的天线形式，具有较好的性能和广阔的应用前景。
四臂螺旋天线简介
四臂螺旋式天线四臂螺旋式天线（Quadrifilar Helix Antenna ）一般由四条按特定规则弯曲的金属线条镶于圆柱形基材上，无需任何接地。
它具备有Zapper天线的特性，也具备有垂直天线的特性。
此种巧妙的结构，使天线任何方向都有3dB的增益，方向图特性良好。
四臂螺旋式天线拥有全面向360度的接收能力，因此在与pda结合时,无论PDA的摆放位置如何,四臂螺旋式天线皆能接收,有别于使用平板GPS天线需要平放才能较好的接收的限制.使用此种天线,当卫星出现于地平面上10度时,即可收到卫星所传送的讯号.四臂螺旋天线是美国约翰普金斯大学应用物理实验室博士Kilgus于1968年提出的，之后人们对其进入了深入的研究。
该天线具有心型方向图、良好的前后比及优异的圆极化特性，因此被广泛应用于卫星通信系统，尤其被认为是理想的全球定位系统GPS和卫星手机接收天线，但体积大是其缺点。
早期四臂螺旋天线的辐射单元一般采用金属管或金属线，通过弯曲成型或缠绕在绝缘柱上，这样必然需要在馈电网络中加入复杂的平衡转换器和阻抗匹配网络，螺旋结构也需要机械支撑，因此天线体积较大，难于批量生产。
2001年Leisten提出了陶瓷介质加载四臂螺旋天线。
该天线采用陶瓷填充，天线体积缩小大10.00×17.8mm（底面直径×高），为未加载的1\6.相对于应用于GPS系统的介质加载微带贴片天线，DQHA还具有优良的前后比和广角圆极化特性，且电磁场被束缚在陶瓷核内，近场很小，天线受手机、人体等周围环境影响很小。
陶瓷天线虽然在性能方面表现已经较好，但需要十多种不可缺少工艺，才制成产品。
流程长的代价是产品巨贵，且体积不大不小的，在手机中用，体积需要进一步减小。
为此国内研究左手材料及天线的专家在2011年联合推出了一款自主研发的新型多频四臂螺旋天线，即微航牌四臂螺旋天线。
相比于陶瓷天线，微航牌天线在相同的体积增益高、相同的增益体积小，并有圆柱型（直径6.0mmX12mm）、条形（6.0mmX6.0mmX13mm）等多种款式，可用于手机GPS中。
多频段卫星导航系统中的印制四臂螺旋天线概要
多频段卫星导航系统中的印制四臂螺旋天线全球卫星导航系统(GNSS)在社会的各个方面有着及其广泛的应用。
较单一的卫星导航系统而言,多模导航具有覆盖范围更广,导航精度更高,运行更为稳定性等优点,这使得多模导航成为未来卫星导航发展大趋势。
而天线作为卫星导航系统的重要组成部分,其性能好坏对导航系统的性能有较大的影响。
因此研究多模卫星导航天线就有重要的意义。
本文对四臂螺旋天线的发展历程与发展方向进行了综述,对目前运行和发展的卫星导航系统进行了介绍,在此基础上进一步的研究了多星座导航的原理,并对多星座导航对天线的要求进行了总结。
分析了四臂螺旋天线的结构和工作原理,并提出了一款双频带四臂螺旋天线,该天线采用空气加载,能运用于船载、车载等环境中使用。
论文的研究成果有以下几点：对四臂螺旋天线的小型化的解决方法进行了研究,接着对四臂螺旋天线的多频带与宽频带工作,以及馈电方式等问题进行了研究。
对多星座卫星导航对接收机天线的一般要求进行了归纳和总结,在此基础上提出了一种双频带工作的四臂螺旋天线的结构,同时设计了一款微带形式的宽频带工作的馈电网络。
设计了一种尺寸为：25mmx140mm,印制在厚度为0.5mm聚四氟乙烯板上的四臂螺旋天线,它能兼容接收GPS、GALILEO和BD2(“北斗2”)卫星的导航信号,天线具有双频工作的特性,该天线在底部进行馈电,馈电网络采用了缝隙耦合移相功分器、wilkinson功分器和schiffman移相器组合而成,并以微带形式设计实现,馈电网络板的半径为60mm,置于四臂天线下方,天线整体紧凑,便于加工。
从给出的仿真结果和测试数据来看,该天线阻抗带宽(VSWR<2)达到57%以上,在整个工作频段内天线增益高于-5dB,满足多频段卫星导航系统的要求。
同主题文章[1].徐琰,汪智萍. 圆锥螺旋天线的设计和仿真' [J]. 制导与引信.2004.(03)[2].高建平. 螺旋天线几何尺寸的优化设计' [J]. 沈阳航空工业学院学报. 2003.(03)[3].李融林，俞集辉，江泽佳. 计算曲线天线电流分布的一种新途径─参数形式下的B样条有限元法──Ⅱ：应用实例─多臂螺旋天线的电流分布' [J]. 电波科学学报. 1996.(02)[4].周晓明,赖声礼. 自然操作方式下螺旋天线手机电磁辐射的数值模拟' [J]. 微波学报. 2004.(02)[5].林敏,杨水根,龚铮权. 一种新型螺旋天线的设计' [J]. 电子工程师. 2000.(03)[6].林敏,杨水根,龚铮权. 新型谐振式螺旋天线的设计' [J]. 无线通信技术. 2000.(02)[7].钱小虎,董天临. 细螺旋天线的近场分析' [J]. 安全与电磁兼容. 2004.(06)[8].马学坤. 高效小型螺旋天线的设计' [J]. 成都师范高等专科学校学报. 2000.(02)[9].董楠,程受浩,刘华,徐德华. 超宽带螺旋天线的仿真设计' [J]. 制导与引信. 2005.(02)[10].周晓明,赖声礼,倪新蕾. 螺旋天线手机与30°人头模型系统的数值模拟' [J]. 电波科学学报. 2004.(03)【关键词相关文档搜索】：信息与通信工程; 多频段; 卫星导航; 双频带四臂螺旋天线; 圆极化; 宽带馈电网络【作者相关信息搜索】：大连海事大学;信息与通信工程;房少军;杨一民;。
小型化宽带宽波束四臂螺旋天线
2017年第7期信息通信2017(总第175 期）INFORMATION & COMMUNICATIONS (S u m. N o175)小型化宽带宽波束四臂螺旋天线樊际洲(广州海格通信集团股份有限公司，广东广州M0663)摘要：文章提出一种应用于卫星移动通信系统的小型化宽带宽波束印刷四臂螺旋天线结构，每组辐射振子分成两个支 路，分别以不同的长度、宽度和螺旋角度绕制以减少振子间的耦合、提高带宽。
该天线的宽频带、宽波束能适用于卫星通 信手持终端系统的应用。
关键词：小型化;印刷四臂螺旋天线；宽带；宽波束中图分类号:TN823 文献标识码:A文章编号：1673-1131(2017)07-0229-02Miniaturized Printed Quadrifilar Helical Antenna With Broadband And Wide-beamFan Jizhou(Guangzhou Haige Communications Group Incorporated Company)Abstract:Miniaturized broadband and wide-beam antenna is presented for satellite mobilecommunication systems.In this paper,Four bifilar which is consists o f t wo helices o f different lengths,widths and pitch reduced the mutual coupling and improved impedance bandwidth.The proposed antenna displays attractive characteristics for satellite mobile communication systems applicationsKey Word:Miniaturization Printed quadrifilar Helical Antenna,Broadband,Wide Beam〇引言近年来，在军事和民用领域，卫星移动通信业务得到了广 泛的应用,并起到了越来越重要的作用。
四壁螺旋天线规格书 回波损耗
四壁螺旋天线规格书回波损耗
【实用版】
目录
1.四壁螺旋天线简介
2.回波损耗的概念及重要性
3.四壁螺旋天线的回波损耗特性
4.提高四壁螺旋天线回波损耗的措施
5.总结
正文
【四壁螺旋天线简介】
四壁螺旋天线，又称为四螺旋天线或四叶天线，是一种广泛应用于卫星通信、无线电导航和无线电测距系统的天线。
它由四个螺旋状金属叶片组成，呈四面体排列，具有良好的方向性和抗干扰性能。
【回波损耗的概念及重要性】
回波损耗（Return Loss）是指电磁波在传输过程中，由于天线匹配
不良或阻抗不匹配等原因导致的部分电磁波被反射回发射源的现象。
回波损耗是衡量天线系统性能的一个重要指标，影响着信号传输的质量和距离。
【四壁螺旋天线的回波损耗特性】
四壁螺旋天线的回波损耗特性主要取决于其结构、材料和阻抗匹配性能。
良好的四壁螺旋天线应具有较低的回波损耗，以保证信号传输的质量和效率。
【提高四壁螺旋天线回波损耗的措施】
1.优化天线结构：通过调整螺旋叶片的长度、宽度和间距，以达到优良的阻抗匹配性能，从而降低回波损耗。
2.选择合适的天线材料：采用具有较低损耗特性的金属材料制作天线，以减小回波损耗。
3.改进天线与馈线的连接方式：采用适当的馈线接头和匹配器，保证天线与馈线之间的阻抗匹配，降低回波损耗。
【总结】
四壁螺旋天线在卫星通信、无线电导航和无线电测距等领域具有广泛应用。
回波损耗作为衡量天线系统性能的重要指标，对于保证信号传输质量和距离具有重要意义。
gps宽带四臂螺旋天线研究
摘要摘要自1901年马可尼首次成功实现了无线通信，无线产品相继涌现，已然将人们的生活变得越来越便利。
无线通讯技术发展之迅速、应用之广泛是科技进步的体现也是人们生活品质提高的需求。
在无线通信系统中，天线是一个关键的设备，负责辐射和接收电磁波，其性能参数的优劣直接影响了整个系统的运行。
而天线的种类繁多，不同的应用方向上都有相应的天线来配备使用。
其中四臂螺旋天线不仅具有良好的圆极化性能、心脏形方向图，灵敏度也较高，非常适合作为全球定位系统（Global PositioningSystem，GPS）中的接收天线来使用。
众所周知，全球定位系统随着无线通信技术的发展，早已不局限于军事的应用，慢慢融入了社会发展、经济建设等领域。
越来越广泛的应用，往往意味着越来越高的标准，也就需要越来越深入的研究，尤其是对系统的信号接收起决定性作用的天线。
基于此应用领域，本文结合陶瓷加载、LTCC等技术对宽带化的四臂螺旋天线做了相应的研究和设计工作。
首先是对四臂螺旋天线研究背景的充分介绍和理论基础的详细分析。
四臂螺旋天线的四臂结构形式要获得优良的圆极化特性需等幅正交的馈电，天线设计的工程中不只要考虑天线特性，馈电网络也是一个不可忽视的问题。
另一个值得注意的是天线发展过程中与新材料、新工艺等的结合，这是科技进步的新趋势。
其次介绍了本文设计的一种陶瓷柱加载的四臂螺旋天线。
在天线小型化的道路上，高介电常数陶瓷材料的加载无疑是一重要里程碑，在此基础上，本设计又结合了在天线主辐射臂旁附加短路寄生臂的方法来展宽天线带宽。
经过仿真优化，天线整体尺寸仅为直径10mm、高度12mm的柱体大小，半功率波瓣宽度可达120︒以上，带宽可达15%，且实现了很好的右旋圆极化特性。
之后本文又设计了一种方形印刷四臂螺旋天线。
该天线放弃了传统的柱体绕制结构，采用立方体的相邻四面分别印刷天线四个臂的形式，将四臂螺旋天线的宽波束和良好圆极化特性的优势与微带天线易加工生产的优点相结合。
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四臂螺旋式天线
四臂螺旋式天线（Quadrifilar Helix Antenna ）一般由四条按特定规则弯曲的金属线条镶于圆柱形基材上，无需任何接地。
它具备有Zapper天线的特性，也具备有垂直天线的特性。
此种巧妙的结构，使天线任何方向都有3dB的增益，方向图特性良好。
四臂螺旋式天线拥有全面向360度的接收能力，因此在与pda结合时,无论PDA的摆放位置如何,四臂螺旋式天线皆能接收,有别于使用平板GPS天线需要平放才能较好的接收的限制.使用此种天线,当卫星出现于地平面上10度时,即可收到卫星所传送的讯号.
四臂螺旋天线是美国约翰普金斯大学应用物理实验室博士Kilgus于1968年提出的，之后人们对其进入了深入的研究。
该天线具有心型方向图、良好的前后比及优异的圆极化特性，因此被广泛应用于卫星通信系统，尤其被认为是理想的全球定位系统GPS和卫星手机接收天线，但体积大是其缺点。
早期四臂螺旋天线的辐射单元一般采用金属管或金属线，通过弯曲成型或缠绕在绝缘柱上，这样必然需要在馈电网络中加入复杂的平衡转换器和阻抗匹配网络，螺旋结构也需要机械支撑，因此天线体积较大，难于批量生产。
2001年Leisten提出了陶瓷介质加载四臂螺旋天线。
该天线采用陶瓷填充，天线体积缩小大10.00×17.8mm（底面直径×高），为未加载的1\6.相对于应用于GPS系统的介质加载微带贴片天线，DQHA还具有优良的前后比和广角圆极化特性，且电磁场被束缚在陶瓷核内，近场很小，天线受手机、人体等周围环境影响很小。
陶瓷天线虽然在性能方面表现已经较好，但需要十多种不可缺少工艺，才制成产品。
流程长的代价是产品巨贵，且体积不大不小的，在手机中用，体积需要进一步减小。
为此国内研究左手材料及天线的专家在2011年联合推出了一款自主研发的新型多频四臂螺旋天线，即微航牌四臂螺旋天线。
相比于陶瓷天线，微航牌天线在相同的体积增益高、相同的增益体积小，并有圆柱型（直径6.0mmX12mm）、条形（6.0mmX6.0mmX13mm）等多种款式，可用于手机GPS中。
四臂螺旋天线目前主要可分为陶瓷四臂螺旋天线和新型四臂螺旋天线。
陶瓷四臂螺旋天线具有优良的前后比和广角圆极化特性，且电磁场被束缚在陶瓷核内，近场很小，天线受手机、人体等周围环境影响很小，以英国Sarantel公司系列天线产品为代表。
新型四臂螺旋天线是采用有机复合材料工艺和LDS技术相结合的一款新型四臂螺旋天线，除了性能方面的提升，体积更小，并且有多种外形款式，以国内V-ON微航牌系列产品为代表。
四臂螺旋天线广泛应用于航天、气象、定位、中继等诸多领域。
但是如果地面接收站附近干扰源较多，则不适用四臂螺旋式天线，因为四臂螺旋式天线具备全方向的增益，反而干扰了卫星信号的接收，此时后端需要有良好的滤波措施（包括电路和软件抗干扰两个方面）。
随着科技的发展，四臂螺旋天线优越的电气性能也将得到更加广泛的应用。
近几年中国北斗导航系统的崛起，将会进一步刺激四臂螺旋天线向多频的方向发展，新型多频四臂螺旋天线将会成为未来的大热产品。
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