CN111585017A - 一种法向模螺旋天线 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种法向模螺旋天线，包括至少两段螺旋线段；每相邻两段所述螺旋线段的旋向相反，且相邻两段所述螺旋线段的长度总和大于工作频率的二分之一波长；每相邻两段所述螺旋线段的首尾之间通过反转部位进行连接。本申请解决了现有的法向模螺旋天线增益小，且因辐射电阻低，导致其难以与常用的50Ω同轴线相匹配，从而限制了法向模螺旋天线的广泛使用的技术问题。

Description

一种法向模螺旋天线

技术领域

本申请涉及通讯设备技术领域，尤其涉及一种法向模螺旋天线。

背景技术

螺旋天线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，可以用圆周直径d、相邻螺旋线间距离s和螺旋圈数n表示。其最大辐射方向与螺旋参数有关，当d比一个波长小很多时，辐射最强的方向垂直于螺旋轴，称为法向模螺旋；当螺旋线圆周长πd为一个波长左右时，最强辐射出现在螺旋旋轴方向上，称为轴向模螺旋。螺旋天线经典应用场景需求是，即其辐射远场电场矢量末端的轨迹在垂直于传播方向的平面上投影是一个圆或近圆形的椭圆，通常以轴比小于3dB为认定标准。

法向模螺旋主要应用于全向信号覆盖，但现有的法向模螺旋天线增益小，且因辐射电阻低，导致其难以与常用的50Ω同轴线相匹配，从而限制了法向模螺旋天线的广泛使用的技术问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种法向模螺旋天线，解决了现有的法向模螺旋天线增益小，且因辐射电阻低，导致其难以与常用的50Ω同轴线相匹配，从而限制了法向模螺旋天线的广泛使用的技术问题。

有鉴于此，本申请提供了一种法向模螺旋天线，包括至少两段螺旋线段；

每相邻两段所述螺旋线段的旋向相反，且相邻两段所述螺旋线段的长度总和大于工作频率的二分之一波长；

每相邻两段所述螺旋线段的首尾之间通过反转部位进行连接。

进一步的，所述反转部位为反转点。

进一步的，所述螺旋线段的数量为大于一的奇数。

进一步的，所述螺旋线段的长度为工作频率的二分之一波长。

进一步的，每相邻两段螺旋线段的螺距不同。

进一步的，所述螺旋天线的线体横截面为矩形。

进一步的，所述螺旋天线的材料为银。

与现有技术相比，本申请实施例的优点在于：

本申请提供了一种法向模螺旋天线，包括多段螺旋线段，所述螺旋线段的数量为奇数；每相邻两段所述螺旋线段的旋向相反，且相邻两段所述螺旋线段的长度总和大于工作频率的二分之一波长；每相邻两段所述螺旋线段的连接部位上设置有反转点。

本申请中所提供的法向模螺旋天线，包括有至少两段的螺旋线段，每相邻两段螺旋线段的旋向相反，每相邻两段螺旋线段的首尾之间通过反转部位进行连接，由于电在螺旋天线的传播形式是交流电，因此工作频率所对应的电流每二分之一波长便会反相，使电流在法向模螺旋天线中的传播方向发生改变，通过采用反转部位，使相邻两段旋向相反的螺旋线段的首尾连接，从而使电流在改变方向后，位于反转部位两端的螺旋线段的电流变为同向，因此在水平方向上的电流分量同向；因此电流水平分量所对应的电场增强，在相同的直径和工作频率的条件下，本申请相比于现有的法向模螺旋天线增益更大、阻抗带宽更宽、辐射电阻更高，从而更容易与50Ω同轴线相匹配，解决了现有的法向模螺旋天线增益小，且因辐射电阻低，导致其难以与常用的50Ω同轴线相匹配，从而限制了法向模螺旋天线的广泛使用的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的具有三段螺旋线段的法向模螺旋天线的结构示意图；

图2为本申请实施中三段螺旋线段的法向模螺旋天线的内部电流分布简图；

图3为本申请实施例所提供的具有五段螺旋线段的法向模螺旋天线的结构示意图；

图4为本申请的第二个实施例所提供的法向模螺旋天线的结构示意图；

图5为本申请的第二个实施例所提供的法向模螺旋天线的局部结构图。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在现有的法向模螺旋天线中，不论是右旋螺旋天线还是左旋螺旋天线，在通电时，由于工作频率所对应的电流为正弦分布，因此在每半个波长位置便会反相，使电流的传播方向相反，应用到现有的法向模螺旋天线中则相反相位的电流所对应的电场彼此之间几乎大部分被相互抵消掉。以垂直放置的右旋法向模螺旋天线为例，假设半个波长正好等于一个螺圈的长度，则在靠近观察者的同一垂直位置上的上下螺圈的电流相位正好相反，如果位于下方螺圈的该位置点的电流方向是沿着螺旋升角往右上方流动，则位于上方螺旋的同一垂直线位置点上的电流方向是往左下方流动，电流大小相同方向相反，下方螺圈的该位置点的电流可以分解为水平向右和垂直向上两个分量，而上方螺圈的同一垂直位置点的电流可以分解为水平向左和垂直向下两个分量。因此，无论是在水平方向上或是垂直方向上，下方螺圈的电流所对应的电场与上方螺圈的电流所对应的电场几乎大部分被彼此相互抵消掉，导致了螺旋线圈的辐射电阻低，阻抗带宽极窄。

本申请公开了一种法向模螺旋天线的第一个实施例，包括多段螺旋线段；

每相邻两段螺旋线段的旋向相反，且相邻两段螺旋线段的长度总和大于工作频率的二分之一波长；

每相邻两段螺旋线段的首尾之间通过反转部位进行连接。

需要说明的是，反转部位可以为反转点，也可以为其他结构，以下实施例均以反转部位是反转点为例，本申请中每一段螺旋线段与相邻的螺旋线段之间的线段划分标准为是否与相邻的螺旋线段的旋向相反，若是某一螺旋部位内直径或螺距或螺旋升角等参数发生改变，但旋向没有反向的，则仍定义该螺旋部位为一段螺旋线段。本申请的法向模螺旋天线均在结构的中间位置采用差分馈电的方式进行激励，馈电点位于法向模螺旋天线的中间部位，螺旋线段越多，则螺旋天线的反转次数越多，对于螺旋天线的辐射电阻提高得越多，增益越强，可根据实际情况的需求采用对应数量螺旋线段的螺旋天线进行使用，螺旋线段的数量优选为大于一的奇数。

请参阅图1，图1为本申请实施例所提供的具有三段螺旋线段的法向模螺旋天线的结构示意图，图1中包括三段螺旋线段，位于上下两端的螺旋线段为左旋向，位于中间的螺旋线段为右旋向；该螺旋线段有两个反转点，两个反转点分别位于上下两端的螺旋线段分别与中间的螺旋线段所连接的部位上，分别为第一反转点1和第二反转点2；由于相邻两段螺旋线段的长度总和大于工作频率的二分之一波长，对应的电流每半个波长反相，因此其中一段螺旋线段中的电流与另一端螺旋线段中的电流存在相位相反的情况。以位于下端的左旋螺旋线段和位于中间的右旋螺旋线段所组合而成的螺旋线段为例，该螺旋线段中的左旋螺旋线段若某第一位置点的电流方向为沿着螺旋升角往左上方流动，则在右旋螺旋线段中便有与该第一位置点位于同一竖直线上的某第二位置点，且该第二位置点的电流与第一位置点的电流反相，由于螺旋线段的旋向相反，从而第二位置点的电流方向为沿着螺旋方向往左下方流动，第一位置点的电流可以拆分为水平向左的分量和垂直向上的分量，第二位置点的电流可以拆分为水平向左的分量和垂直向下的分量，从而水平方向所对应的电场相互叠加加强，达到了增强辐射能力的技术效果，请参阅图2，图2为本申请实施中三段螺旋线段的法向模螺旋天线的内部电流分布简图；请参阅图3，图3为本申请实施例所提供的具有五段螺旋线段的法向模螺旋天线的结构示意图，图中包括第三反转点3、第四反转点4、第五反转点5、第六反转点6、第七反转点7和五段螺旋线段，五段螺旋线段的原理与三段螺旋线段原理相同，在此不再赘述。

本申请中所提供的法向模螺旋天线，包括有至少两段的螺旋线段，每相邻两段螺旋线段的旋向相反，每相邻两段螺旋线段的首尾之间通过反转部位进行连接，由于电在螺旋天线的传播形式是交流电，因此工作频率所对应的电流每二分之一波长便会反相，使电流在法向模螺旋天线中的传播方向发生改变，通过采用反转部位，使相邻两段旋向相反的螺旋线段的首尾连接，从而使电流在改变方向后，位于反转部位两端的螺旋线段的电流变为同向，因此在水平方向上的电流分量同向；因此电流水平分量所对应的电场增强，在相同的直径和工作频率的条件下，本申请相比于现有的法向模螺旋天线增益更大、阻抗带宽更宽、辐射电阻更高，从而更容易与50Ω同轴线相匹配，解决了现有的法向模螺旋天线增益小，且因辐射电阻低，导致其难以与常用的50Ω同轴线相匹配，从而限制了法向模螺旋天线的广泛使用的技术问题。

以上为本申请提供的法向模螺旋天线的第一个实施例，以下为本申请所提供的法向模螺旋天线的第二个实施例。

一种法向模螺旋天线，包括多段螺旋线段，螺旋线段的数量为奇数；

每相邻两段螺旋线段的旋向相反，且相邻两段螺旋线段的长度总和大于工作频率的二分之一波长；

每相邻两段螺旋线段的首尾之间通过反转部位进行连接，反转部位为反转点。

作为进一步的改进，法向模螺旋天线的螺旋线段的长度为所传导的电流的二分之一波长。

具体来说，由于电流是每二分之一波长反相的，当螺旋线段的长度为正好二分之一波长时，电流在经过反转点的时候相位正好相反，此时每段螺旋线段中的电流相位正好与相邻的螺旋线段的电流相位完全相反，从而相邻两段螺旋线段在任何竖直对应的位置点上的电流在水平分量上均相互叠加加强，从而最大化地增强两段相邻螺旋线段的增益，增大阻抗带宽，提高辐射电阻，请参阅图4和图5，图4为本申请的第二个实施例所提供的法向模螺旋天线的结构示意图，图中箭头方向代指电流的方向，图5为本申请的第二个实施例所提供的法向模螺旋天线的局部结构图，图中的箭头方向代指电流的方向。

作为进一步的改进，本申请所提供的法向模螺旋天线每相邻两段螺旋线段的螺旋升角不同。

具体来说，相邻的螺旋线段的螺旋升角不同，以图4中的法向模螺旋天线中位于下端的左旋螺旋线段和中部的右旋螺旋线段所组成的螺旋线段为例，若位于下端的左旋螺旋线段的螺旋升角小于位于中部的右旋螺旋线段的螺旋升角，若该螺旋线段中的左旋螺旋线段某第一位置点的电流方向为沿着螺旋升角往左上方流动，则在右旋螺旋线段中与该第一位置点竖直对应的第二位置点的电流方向为：沿着右旋螺旋线段的旋向往左下方流动。由于右旋螺旋线段的螺旋升角大于左旋螺旋线段的螺旋升角，因此第二位置点上的电流在水平方向的分量上大于第一位置点的电流在水平方向上的分量，而第二位置点上的电流在竖直方向上的分量小于第一位置点的电流在竖直方向上的分量，因此保证在竖直方向上对应的电场不会相互完全抵消掉，通过改变左旋螺旋线段和右旋螺旋线段的螺旋升角，可调整法向模螺旋天线在电流的垂直总分量和水平总分量的值相等，从而使法向模螺旋天线工作在全向圆极化状态。

作为进一步的改进，本申请实施例所提供的法向模螺旋天线的线体横截面为矩形，采用矩形横截面使螺旋天线的加工(3D金属打印)、生产更加方便，有利于降低生产成本。

作为进一步的改进，本申请实施例所提供的法向模螺旋天线的材料为银材，银材具有十分优异的导电性能，有利于增大电流，进一步提高螺旋天线的辐射电阻和增益。

本申请实施例中的法向模螺旋天线具有增益高、带宽宽、辐射电阻高等特点，可应用于多种设备进行独立工作，还可以作为阵列单元组成高增益全向阵列天线组、端射阵列天线组等。

以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种法向模螺旋天线，其特征在于，包括至少两段螺旋线段；

每相邻两段所述螺旋线段的旋向相反，且相邻两段所述螺旋线段的长度总和大于工作频率的二分之一波长；

每相邻两段所述螺旋线段的首尾之间通过反转部位进行连接。

2.根据权利要求1所述的法向模螺旋天线，其特征在于，所述反转部位为反转点。

3.根据权利要求1所述的法向模螺旋天线，其特征在于，所述螺旋线段的数量为大于一的奇数。

4.根据权利要求1所述的法向模螺旋天线，其特征在于，所述螺旋线段的长度为工作频率的二分之一波长。

5.根据权利要求1所述的法向模螺旋天线，其特征在于，每相邻两段螺旋线段的螺旋升角不同。

6.根据权利要求1所述的法向模螺旋天线，其特征在于，所述螺旋天线的线体横截面为矩形。

7.根据权利要求1所述的法向模螺旋天线，其特征在于，所述螺旋天线的材料为银。

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