專利名稱：正方形四繞螺旋天線的結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及用于便攜式無線通信設(shè)備的衛(wèi)星通信的四繞螺旋天線(QHA)的結(jié)構(gòu)，更具體地，涉及正方形四繞螺旋天線(S-QHA)的結(jié)構(gòu)，其中，螺旋輻射元件形成在正方形柱體上，饋送網(wǎng)絡(luò)提供在正方形柱體的頂部或底部上并且將具有90度相差的信號提供給輻射元件，提供將螺旋輻射元件短路到饋送網(wǎng)絡(luò)接地端的阻抗匹配電路，從而適于接收圓極化信號。
背景技術(shù)：
一般地，為了使天線從衛(wèi)星接收高質(zhì)量的服務(wù)，必須符合許多要求，包括高質(zhì)量圓極化特性、寬波束帶寬、高前后(F/B)比，以及基于接地和終端的位置和形狀的性能改變的最小化。
由于相對好地符合這些要求而被廣泛使用的衛(wèi)星接收天線包括QHA。 QHA首先由C. C. Kilgus于1969年5月在IEEE巻AP-17的第349頁至351頁上所發(fā)表的文章《Resonant Quadrifilar Helix (共振四繞螺旋)》中引入。
每個現(xiàn)有技術(shù)中的QHA配置為以柱體形形狀實施四個輻射元件，如圖1和圖2中所示。為了支撐輻射元件并且減小QHA的尺寸，使用裝載電介質(zhì)的實心柱體或裝載電介質(zhì)的空心;f主體。
圖1的QHA具有在美國專利公開文獻(xiàn)No. 2006/0022891中公開的結(jié)構(gòu)，并且包括從柱體形QHA 10的底部區(qū)域20到頂部區(qū)域22延伸的絲狀繞組12、 14、 16和18。位于相對位置上的絲狀繞組12和16通過傳導(dǎo)橋23相互電連接，絲狀繞組14和18通過傳導(dǎo)橋24相互電連接。通過絲狀繞組12或16傳播的信號與通過絲狀繞組14或18傳播的信號具有垂直的相位關(guān)系，從而實現(xiàn)所希望的極化。絲狀繞組12、 14、 16和18包括各個傳導(dǎo)部件，例如具有圓形或方形截面的傳導(dǎo)線或在電介質(zhì)上具有傳導(dǎo)線的電線。在工作頻率上，在沿著具有對應(yīng)于偶數(shù)個1/4波長的絲狀長度的QHA上使用傳導(dǎo)橋，但是一般不沿著具有對應(yīng)于奇數(shù)個1/4個波長的絲狀長度的QHA上使用。傳導(dǎo)橋23和24 (也稱為"橫桿")包括各個傳導(dǎo)帶狀條體。
圖2示出了美國專利公開文獻(xiàn)No. 2005/0115056中公開的QHA的結(jié)構(gòu)。但是，為了將這種QHA用于便攜式終端，需要小尺寸的QHA天線，其中，小尺寸天線的問題是發(fā)射模式圖形、發(fā)射效率、軸比和天線增益上的減小。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種 S-QHA結(jié)構(gòu)，其中，螺旋輻射元件形成在裝載電介質(zhì)的實心正方形柱體、裝載電介質(zhì)的 空心正方形柱體或正方形PCB,從而利于制造QHA。
另外，本發(fā)明的另一個目的是提供一種天線模塊，該天線模塊可以容易地實現(xiàn)并且 可以形成為各種形狀，因為天線單元和饋送網(wǎng)絡(luò)相互隔離。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種正方形四繞螺旋天線(S-QHA )結(jié)構(gòu)，包括 正方形柱體；形成在所述正方形柱體上的四個輻射元件；以及饋送網(wǎng)絡(luò)，其位于所述正 方形柱體的頂部或底部，并且用于在順時針或逆時針方向上以90度的相差將信號饋送 到所述輻射元件。
優(yōu)選地，所述S-QHA結(jié)構(gòu)還包括低噪聲放大單元，所述低噪聲放大單元連接到所述 輻射元件并且用于以低噪聲方式對接收到的信號進(jìn)行放大。
S-QHA結(jié)構(gòu)可以還包括阻抗匹配電路，所述阻抗匹配電路的一端接地到所述饋送網(wǎng) 絡(luò)的短路點，而其另 一端電連接到所述輻射元件。
另外，優(yōu)選地，所述饋送網(wǎng)絡(luò)由低溫共燒陶瓷(LTCC)或多層印制電路板(PCB) 形成。
優(yōu)選地，所述正方形柱體使用空氣、電介質(zhì)、陶乾和PCB中的一種或多種作為媒介， 其具有正方形截面，并且具有空心或?qū)嵭男问剑隹招男问较鄬τ诖怪本€相對稱。
根據(jù)本發(fā)明的S-QHA結(jié)構(gòu)可以容易地制造，并且其工作頻率可以容易地改變，因為 輻射元件形成在正方形柱體上。


圖1為示出了具有空心圓柱電介質(zhì)的現(xiàn)有技術(shù)中的QHA結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖2為示出了具有實心圓柱電介質(zhì)的現(xiàn)有技術(shù)QHA結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖3為示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的1/4波長S-QHA的結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的具有阻抗匹配電路的1/4波長的S-QHA的 結(jié)構(gòu)的示意圖5為示出了基于圖3和圖4的S-QHA的構(gòu)造的示意圖6為基于圖3和圖4的使用PCB的S-QHA天線的組裝示意圖7為示出了基于圖3和圖4的各種形式正方形柱體的示意圖8為示出了各種結(jié)構(gòu)的示意圖，其中，基于圖3和圖4的天線模塊與低噪聲放大圖9為示出了基于圖3和圖4的各種輻射元件的結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖10為示出了基于圖3和圖4的具有右旋圓偏振(RHCP)的S-QHA的模擬結(jié)果的 示意圖11為示出了基于圖3和圖4的具有左旋圓偏振(LHCP)的S-QHA的模擬結(jié)果的 示意圖。
附圖中的標(biāo)號描述 31、 41和51:正方形柱體 32和42:輻射元件 33和43:阻抗匹配電3各 35和45:殼體 37和47:饋送網(wǎng)絡(luò) 39和49:低噪聲放大單元 44:饋送點 46:短路點
58A—58D:連4妄突起和凹體
具體實施例方式
下面將參照附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于在便攜式無線設(shè)備中接收衛(wèi) 星信號的衛(wèi)星通信天線模塊。
如圖3中所示，本發(fā)明包括正方形柱體31;四個形成在正方形柱體31上的輻射元 件32;以及饋送網(wǎng)絡(luò)31,其置于正方形柱體31的頂部和底部，用于在順時針或逆時針 方向上以90度的相差將信號饋送至輻射元件32。
另外，才艮據(jù)本發(fā)明的1/4波長的S-QHA天線連接到輻射元件32，并進(jìn)一步包括用于 以低噪聲方式對接收到的信號進(jìn)行放大的低噪聲放大單元39。
另外，如圖4中所示，本發(fā)明還包括阻抗匹配電路33,其中，各個輻射元件32短 路到饋送網(wǎng)絡(luò)37的接地。
如圖5中所示，每個阻抗匹配電路33和43配置為使得其一端接地至饋送網(wǎng)絡(luò)的短 路點46,而另一端則電連接到輻射元件32或42。
在便攜式裝置的天線的一端上打開的輻射元件32和42構(gòu)成具有對應(yīng)于傳輸頻率大約1/4波長的QHA結(jié)構(gòu)。饋送網(wǎng)絡(luò)37和47分別位于正方形柱體31和41的底部。
根據(jù)本發(fā)明的S-QHA的結(jié)構(gòu)包括正方形柱體31、 41或51、四個輻射元件32或42、 輸出阻抗匹配電路33或43、饋送網(wǎng)絡(luò)37或47、饋送點44以及低噪聲放大單元39或 49,其中，所述輸出阻抗匹配電路33或43配置為使得天線的一端接地至饋送網(wǎng)絡(luò)的短 路點46而另一端連接到輻射元件，所述饋送網(wǎng)絡(luò)37或47配置為在正方形柱體底部饋 送信號，所述饋送點44配置為將來自饋送網(wǎng)絡(luò)的信號發(fā)送至輻射元件。
每個饋送網(wǎng)絡(luò)37和47在順時針方向或逆時針方向上以90度的相差將信號饋送至 相應(yīng)S-QHA的輻射元件33或43,并且使用低溫共燒陶資(LTCC )或多層印制電路板(PCB ) 實現(xiàn)。
S-QHA的正方形柱體31和41可以由各種媒介實現(xiàn)，例如電介質(zhì)、陶瓷和PCB。電 介質(zhì)可以具有實心形式41或空心形式31?？招男问?1相對于垂直線對稱，其可以實現(xiàn) 為多種形式。然而，空心形式41并不限于這里所描述的實施例。
使用PCB板的S-QHA的一個例子表示為圖6中的正方形柱體51,并且可以使用單層 板或多層板實現(xiàn)。各個正方形部件通過連接突起或凹體58A和58B相互連接。另外，正 方形柱體PCB和饋送網(wǎng)絡(luò)通過連接突起和凹體58C和58D相互連接。所連接部分上的輻 射元件通過焊接電連接到相關(guān)的輻射元件。
為了改進(jìn)S-QHA的輸入阻抗，分支從每個輻射元件32和42分叉，并且短路到每個 饋送網(wǎng)絡(luò)37和47的短路點46,從而實現(xiàn)電連接。天線的阻抗隨著阻抗匹配電路33和 43的長度和線寬度或與輻射元件相接觸的位置而變化。
根據(jù)本發(fā)明，天線的頻率可以通過調(diào)節(jié)輻射元件32和42的長度或?qū)挾?、正方形?體31、 41和51的寬度、高度或介電常數(shù)、或者空心結(jié)構(gòu)、或者S-QHA中阻抗匹配電路 33、 34的長度、寬度或接觸位置從而進(jìn)行調(diào)節(jié)。
S-QHA的正方形柱體31和"可以配置為具有正方形4黃截面，并且可以具有實心或 空心形式，如圖7中所示?？招慕Y(jié)構(gòu)可以相對于垂直線相對稱。
在本發(fā)明的天線^^塊中，天線和饋送網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)為具有各種構(gòu)造。
圖8示出了天線模塊的基本構(gòu)造，其中，天線單元與饋送網(wǎng)絡(luò)相組合，圖9示出了 輻射元件32和42的各種示例，其可以實現(xiàn)為各種形式，例如直線形式、對角形式和螺 旋形式。然而，本發(fā)明并不限于上述實施例。
圖10和11示出了本發(fā)明所提供的S-QHA實施例的模擬結(jié)果。圖10示出了在1. 57GHz 的中心頻率上具有右旋圓偏振UHCP)的S-QHA示例，其使用具有9. 7介電常數(shù)的陶乾 板進(jìn)行設(shè)計。圖11示出了在1.57GHz的中心頻率上具有左旋圓偏振(LHCP)的S-QHA示例，其使用具有4. 6介電常數(shù)的PCB進(jìn)行設(shè)計。
圖10中所示的S-QHA天線具有10*10*17. 5mm的尺寸、25dB的高F/B比率、119.5 度的3dB波束寬度、4. 2dBi的方向性以及40。/。的輻射效率。另外，3dB軸比達(dá)到260度， 主方向上的O度軸比具有OdB的理想值。
圖11中所示的S-QHA天線的具有9. 7*9. 7*17. 5mm的尺寸、高于30dB的高F/B比 率、123. 6度的3dB波束寬度、3. 6dBi的方向性以及38。/。的輻射效率。另外，3dB軸比 達(dá)到180度，主方向上的0度軸比具有OdB的理想值。
雖然上述描述限于本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是本發(fā)明并不僅限于此，并且本發(fā)明可 以具有各種變異、修改以及等同方案。因此，本發(fā)明可以對實施例進(jìn)行各種合適的修改。 明顯地，只要其基于所附權(quán)利要求書所描述的技術(shù)精神，則這種修改落入了本發(fā)明的權(quán) 利范圍中。
根據(jù)本發(fā)明，螺旋輻射元件形成在正方形柱體以及天線阻抗匹配電路上，其一端短 路至饋送網(wǎng)絡(luò)的接地端，而另一端則連接至輻射元件，從而對可能由于天線尺寸的減少 而引起的衰減的輻射圖形、輻射效率、軸比以及天線增益進(jìn)行補償。
根據(jù)本發(fā)明的QHA結(jié)構(gòu)的上述結(jié)構(gòu)應(yīng)用于用于接收圓極化信號的便攜式終端，例如 射頻識別(RFID)終端、全球定位系統(tǒng)(GPS)終端、衛(wèi)星接收數(shù)字多媒體廣播(DMB) 終端、擴(kuò)展調(diào)制(XM)終端和數(shù)字衛(wèi)星無線設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種正方形四繞螺旋天線(S-QHA)結(jié)構(gòu)，包括正方形柱體；形成在所述正方形柱體上的四個輻射元件；以及饋送網(wǎng)絡(luò)，其位于所述正方形柱體的頂部或底部，并且用于在順時針或逆時針方向上以90度的相差將信號饋送到所述輻射元件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的S-QHA結(jié)構(gòu)，還包括低噪聲放大單元，所述低噪聲^:大 單元連接到所述輻射元件并且用于以低噪聲方式對接收到的信號進(jìn)行放大。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的S-QHA結(jié)構(gòu)，還包括阻抗匹配電路，所述阻抗匹配電路 的一端接地到所述饋送網(wǎng)絡(luò)的短路點，而其另 一端電連接到所述輻射元件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的S-QHA結(jié)構(gòu)，其中，所述饋送網(wǎng)絡(luò)由低溫共燒陶資(LTCC ) 或多層印制電贈4反(PCB)形成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的S-QHA結(jié)構(gòu)，其中，所述正方形柱體使用空氣、電介質(zhì)、 陶瓷和PCB中的一種或多種作為i某介，其具有正方形截面，并且具有空心或?qū)嵭男问剑?所述空心形式相對于垂直線相對稱。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種正方形四繞螺旋天線(S-QHA)結(jié)構(gòu)。所述S-QHA結(jié)構(gòu)包括正方形柱體、四個輻射元件和饋送網(wǎng)絡(luò)。所述四個輻射元件形成在所述正方形柱體上。所述饋送網(wǎng)絡(luò)位于所述正方形柱體的頂部或底部，并且用于在順時針或逆時針方向上以90度的相差將信號饋送到所述輻射元件。作為結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的S-QHA可以接收圓極化信號。
文檔編號H01Q11/08GK101682120SQ200880007866
公開日2010年3月24日 申請日期2008年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月13日
發(fā)明者李文揆, 柳鐘元, 閔常普 申請人:愛特納公司