一種調(diào)整螺旋天線直徑的裝置及螺旋天線的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種調(diào)整螺旋天線直徑的裝置及螺旋天線，該裝置包括螺旋支架、轉(zhuǎn)軸、撐桿，轉(zhuǎn)軸的軸線與螺旋支架的軸線重合，撐桿包括固定結(jié)構(gòu)、滑環(huán)、撐桿本體和撐桿穿線環(huán)，轉(zhuǎn)軸周向上設(shè)有若干個凸起板，固定結(jié)構(gòu)固定在凸起板上，滑環(huán)卡在螺旋支架上，可沿螺旋支架滑動，用于形成螺旋天線的導(dǎo)線穿過每個撐桿上的撐桿穿線環(huán)，轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)、引線收放步進(jìn)電機(jī)均與控制電路連接。本實用新型螺旋天線設(shè)置在撐桿上，隨著轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，螺旋天線直徑會發(fā)生變化，同時引線收放步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)可實現(xiàn)軟導(dǎo)線的收放，從而實現(xiàn)了螺旋天線直徑的自動調(diào)整，解決了現(xiàn)有螺旋天線工作模式單一的問題。
【專利說明】
-種調(diào)整螺旋天線直徑的裝置及螺旋天線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型設(shè)及天線研究領(lǐng)域，特別設(shè)及一種調(diào)整螺旋天線直徑的裝置及螺旋天 線。
【背景技術(shù)】
[0002] 螺旋天線是天線的一種，可W收發(fā)空間中旋轉(zhuǎn)的偏振電磁信號。運(yùn)種天線通常用 在衛(wèi)星通訊的地面站中，由金屬導(dǎo)線或金屬管繞制成螺旋形，用非平衡饋線，比如同軸電纜 饋電，同軸線內(nèi)導(dǎo)體與螺旋線的一端相接，外導(dǎo)體與地板相接。
[0003] 螺旋天線通常是由多個螺旋部分和一個反射器組成。反射器呈圓形或方形。螺旋 部分的半徑在八分之一到四分之一波長之間。天線的最小尺度取決于所采用的低頻信號頻 率大小，天線的福射模式與天線的直徑相關(guān)。。因此，對于無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器上的螺旋天線，要 完成對所有終端節(jié)點(diǎn)的無線信號數(shù)據(jù)傳輸，保持信號場強(qiáng)均滿足要求，就需要對螺旋天線 的直徑進(jìn)行適應(yīng)性的調(diào)整，實現(xiàn)螺旋天線福射模式的改變。
[0004] 參見圖1(a)、（b)、螺旋天線主要包括如下幾個關(guān)鍵參數(shù)：螺旋天線的直徑D、螺旋 天線的周長C、螺距S、螺距角α、一圈的長度L、圈數(shù)N、軸長A、螺旋導(dǎo)線直徑d。上述參數(shù)之間 存在W下關(guān)系：
[0006] 若S^O(a = 〇°)，螺旋天線蟻化成環(huán)天線;若D^0(a = 90°)，螺旋天線蟻化成線天線。
[0007] 螺旋天線根據(jù)D/λ值范圍的不同，分為Ξ種福射模式：
[000引1.法向模式:DA<0.18,其最大福射方向為垂直于螺旋天線的軸線。
[0009] 2.軸向模式:0.25 < D/λ < 0.46，其最大福射方向為螺旋天線的軸線。
[0010] 3.圓錐形模式:DA〉〇.5,其最大福射方向為沿螺旋天線的軸線W銳角旋轉(zhuǎn)的圓。
[0011] 在對無線網(wǎng)協(xié)調(diào)器螺旋天線設(shè)計時，需要通過螺旋天線能對下屬所有無線終端節(jié) 點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。由于各個無線終端節(jié)點(diǎn)所處的位置不同，使協(xié)調(diào)器接收到的無 線信號場強(qiáng)不同，有的地方高，有的地方低?，F(xiàn)有無線協(xié)調(diào)器的螺旋天線多為固定的法向模 式，對天線軸向和偏軸向方向的無線終端節(jié)點(diǎn)收發(fā)信號最弱，因此導(dǎo)致無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器無 法與此方向的無線終端節(jié)點(diǎn)連接，影響無線網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸。
[0012] 針對上述問題，研究一種可工作于多種福射模式，使得無線網(wǎng)的協(xié)調(diào)器螺旋天線 可對所管理的下屬所有無線終端節(jié)點(diǎn)均能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆菪炀€具有重要應(yīng)用價值。 【實用新型內(nèi)容】
[0013] 本實用新型的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種調(diào)整螺旋天線 直徑的裝置，該裝置可W隨機(jī)改變螺旋天線的直徑，從而改變螺旋天線的福射模式，使螺旋 天線可W在法向模式、軸向模式、圓錐形模式下任意轉(zhuǎn)換，解決了現(xiàn)有螺旋天線工作模式單 一的問題。
[0014] 本實用新型的另一目的在于提供一種包括上述裝置的螺旋天線，該天線直徑可 調(diào)，從而可根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器接收到的信號場強(qiáng)的不同實時調(diào)整天線的福射方向，提高 接收信號的場強(qiáng)。
[0015] 本實用新型的目的通過W下的技術(shù)方案實現(xiàn):一種調(diào)整螺旋天線直徑的裝置，包 括螺旋支架、轉(zhuǎn)軸、撐桿，所述轉(zhuǎn)軸的軸線與螺旋支架的軸線重合，所述撐桿包括固定結(jié)構(gòu)、 滑環(huán)、撐桿本體和撐桿穿線環(huán)，所述轉(zhuǎn)軸周向上設(shè)有若干個凸起板，所述固定結(jié)構(gòu)固定在凸 起板上，滑環(huán)卡在螺旋支架上，可沿螺旋支架滑動，所述用于形成螺旋天線的導(dǎo)線采用軟導(dǎo) 線，導(dǎo)線穿過每個撐桿上的撐桿穿線環(huán)，螺旋天線每一圈均分別由若干個撐桿支撐;所述轉(zhuǎn) 軸在轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動下旋轉(zhuǎn);所述導(dǎo)線與非磁性引線連接，非磁性引線設(shè)置在收線轉(zhuǎn)輪 上，收線轉(zhuǎn)輪由引線收放步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn);所述轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)、引線收放步進(jìn)電機(jī)均與控 制電路連接。本實用新型螺旋天線設(shè)置在撐桿上，隨著轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，螺旋天線直徑會 發(fā)生變化，同時引線收放步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)可實現(xiàn)軟導(dǎo)線的收放，從而實現(xiàn)了螺旋天線直徑的 自動調(diào)整。
[0016] 優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)軸上沿周向方向上，每隔45度設(shè)置一凸塊板，一周共設(shè)置八個凸塊 板。由于撐桿一端是固定在轉(zhuǎn)軸的凸塊板上，所W螺旋天線每圈由8個撐桿支撐，運(yùn)樣加上 軟導(dǎo)線自身的曲率，與現(xiàn)有技術(shù)中采用硬導(dǎo)線制作的螺旋天線相近，二者能夠達(dá)到近乎相 同的效果。
[0017] 更進(jìn)一步的，所述撐桿中的固定結(jié)構(gòu)包括一對夾爪，在夾爪內(nèi)側(cè)頂端設(shè)有一圓形 凸塊，所述轉(zhuǎn)軸上每個凸塊板上排列有對稱的圓孔，所述圓形凸塊固定在上述圓孔內(nèi)。轉(zhuǎn)軸 和撐桿通過該結(jié)構(gòu)實現(xiàn)固定，使得撐桿只能進(jìn)行上下180度轉(zhuǎn)動，左右不能移動，且該連接 方式具有加工方便、拆卸簡單的優(yōu)點(diǎn)。
[0018] 優(yōu)選的，所述裝置外側(cè)設(shè)有一介質(zhì)罩，介質(zhì)罩內(nèi)部上端設(shè)有一用于固定轉(zhuǎn)軸的滾 珠軸承。介質(zhì)罩可W保護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)并起到防塵的作用，滾珠軸承可W保證轉(zhuǎn)軸只進(jìn)行旋轉(zhuǎn) 動作。
[0019] 更進(jìn)一步的，所述滾珠軸承采用陶瓷軸承。W減小對電磁波的遮擋。
[0020] 優(yōu)選的，所述裝置還包括一底座，所述底座包括底座蓋板和底座盒，所述控制電 路、轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)、引線收放步進(jìn)電機(jī)均設(shè)置在座蓋板和底座盒形成的密閉空間內(nèi)。采用該 底座可W保護(hù)電機(jī)的使用安全，盡量減少外界環(huán)境對裝置的影響。
[0021] 更進(jìn)一步的，所述底座采用金屬材料制成，底座盒上開有對稱的四個弧形孔，用于 與介質(zhì)罩上的卡扣連接。運(yùn)種連接機(jī)構(gòu)具有拆卸方便的優(yōu)點(diǎn)，同時還起到螺旋天線反射器 的作用。
[0022] 優(yōu)選的，所述控制電路固定在底座盒內(nèi)，通過防水接頭與外部設(shè)備相連。
[0023] 優(yōu)選的，所述裝置中各個結(jié)構(gòu)均采用塑料材料制成。從而可W減小材料對電磁波 的衰減。
[0024] 本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：
[0025] 1、本實用新型裝置能夠調(diào)整螺旋天線的直徑，可W應(yīng)用在無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的螺旋 天線上，能夠改變螺旋天線的福射模式，使得螺旋天線可W在法向模式、軸向模式、圓錐形 模式下任意轉(zhuǎn)換，解決了現(xiàn)有螺旋天線工作模式單一的問題。
[0026] 2、通過采用本實用新型提出的調(diào)整螺旋天線直徑的裝置，得到了一種新的螺旋天 線，該螺旋天線的福射模式可w根據(jù)實際應(yīng)用，通過該裝置進(jìn)行實時的調(diào)整，能夠適應(yīng)于更 廣泛的自適應(yīng)智能螺旋天線的場合。
【附圖說明】
[0027]圖1(a)為現(xiàn)有螺旋天線的幾何圖形。
[00%]圖1(b)為現(xiàn)有螺旋天線其中一圈展開的幾何圖形。
[0029] 圖2為本實施例所述裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030] 圖3為本實施例所述裝置的分解結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031 ]圖4為本實施例所述裝置中轉(zhuǎn)軸的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032] 圖5為本實施例所述裝置中撐桿的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033] 圖6為本實施例所述裝置中底座處的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034] 圖7(a)為本實施例所述裝置中撐桿處于最大展開狀態(tài)時的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035] 圖7(b)為本實施例所述裝置中撐桿處于收縮狀態(tài)時的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036] 圖8是本實施例所述裝置的工作流程示意圖。
[0037] 圖9是本實施例所述裝置工作原理示意圖。
[003引圖1-圖9中，1-介質(zhì)罩、2-轉(zhuǎn)軸、3-轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)、4-底座盒、5-防水接頭、6- PCB電路板、7-銅螺柱、8-底座蓋板、9-滾珠軸承、10-螺旋支架、11-撐桿、12-引線收 放步進(jìn)電機(jī)固定架、13-引線收放步進(jìn)電機(jī)、14-凸塊板、1101-圓形凸塊、1102-夾爪、 1103-滑環(huán)、1104-撐桿本體、1105-撐桿穿線環(huán)。
【具體實施方式】
[0039] 下面結(jié)合實施例及附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實用新型的實施 方式不限于此。
[0040] 實施例1
[0041] 參見圖2-圖6,本實施例一種調(diào)整螺旋天線直徑的裝置包括螺旋支架、轉(zhuǎn)軸、撐 桿、介質(zhì)罩、轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)、引線收放步進(jìn)電機(jī)、控制電路、底座等。其中底座包括底座蓋板 和底座盒，控制電路固定在一PCB電路板上，所述PCB電路板、轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)、引線收放步進(jìn) 電機(jī)均設(shè)置在底座內(nèi)，其中引線收放步進(jìn)電機(jī)通過引線收放步進(jìn)電機(jī)固定架固定在底座 上。介質(zhì)罩設(shè)置在底座上方，二者通過卡扣連接?？刂齐娐吠ㄟ^防水接頭與外部設(shè)備相連。 本實施例中，底座采用金屬材料，滾珠軸承采用陶瓷軸承，剩余其他結(jié)構(gòu)均采用塑料制成， 從而減小材料對電磁波的衰減。下面結(jié)合附圖，對裝置中的重點(diǎn)部件進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0042] 參見圖2、3、4，轉(zhuǎn)軸的軸線與螺旋支架的軸線重合，本實施例中，轉(zhuǎn)軸沿周向方向 上，每隔45度設(shè)置一凸塊板，一周共設(shè)置八個凸塊板，每個凸塊板上排列有對稱的圓孔。轉(zhuǎn) 軸上方通過滾珠軸承與介質(zhì)罩相連，下方與轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)相連，在轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動下 進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
[0043] 參見圖5,本實施例撐桿包括固定結(jié)構(gòu)、滑環(huán)、撐桿本體和撐桿穿線環(huán)，運(yùn)里的固定 結(jié)構(gòu)包括一對夾爪和圓形凸塊，圓形凸塊設(shè)置在夾爪內(nèi)側(cè)頂端。在進(jìn)行工作時，圓形凸塊固 定在上述凸塊板上的圓孔內(nèi)，滑環(huán)卡在螺旋支架上，可沿螺旋支架滑動，用于形成螺旋天線 的導(dǎo)線采用軟導(dǎo)線，導(dǎo)線穿過每個撐桿上的撐桿穿線環(huán)。由于螺旋天線每一圈均分別由8個 撐桿支撐，所W撐桿圓形凸塊的固定作用W及螺旋支架的導(dǎo)向作用下，滑環(huán)只能上下180度 轉(zhuǎn)動，左右不能移動，其運(yùn)動模式參見圖7(a)、7(b)。
[0044] 參見圖3、6,在轉(zhuǎn)軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)時，要調(diào)整螺旋天線的直徑，就需要將螺旋天線的導(dǎo) 線進(jìn)行收放，所W將導(dǎo)線與非磁性引線連接，非磁性引線設(shè)置在收線轉(zhuǎn)輪上，收線轉(zhuǎn)輪由引 線收放步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。引線收放步進(jìn)電機(jī)與PCB電路板上的控制電路相連。
[0045] 利用上述裝置調(diào)整螺旋天線直徑的方法，步驟參見圖8,由控制電路控制完成，包 括:接收當(dāng)前無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器螺旋天線上收到的無線終端節(jié)點(diǎn)信號強(qiáng)度(RSSI)，將該信號 強(qiáng)度與預(yù)設(shè)的接收口限進(jìn)行比較，若大于接收口限，則螺旋天線不動作，否則啟動轉(zhuǎn)軸步進(jìn) 電機(jī)和引線收放步進(jìn)電機(jī)，調(diào)整螺旋天線的直徑;在調(diào)整過程中不斷監(jiān)測當(dāng)前收到的無線 終端節(jié)點(diǎn)信號強(qiáng)度，一旦當(dāng)前收到的無線終端節(jié)點(diǎn)信號強(qiáng)度大于接收口限，則停止轉(zhuǎn)軸步 進(jìn)電機(jī)和引線收放步進(jìn)電機(jī)，完成調(diào)整。下面結(jié)合圖8對各個步驟進(jìn)行具體說明。
[0046] S1:設(shè)當(dāng)前無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器對應(yīng)管理Q個無線終端節(jié)點(diǎn)，讀取當(dāng)前第q個無線終端 節(jié)點(diǎn)的信號強(qiáng)度。
[0047] S2:判斷當(dāng)前無線終端節(jié)點(diǎn)的信號強(qiáng)度是否大于預(yù)設(shè)的接收口限，如果大于，則執(zhí) 行步驟S3,否則執(zhí)行步驟S4。
[0048] S3:說明當(dāng)前的信號強(qiáng)度滿足應(yīng)用需求，所W保持當(dāng)前的螺旋天線直徑不變，同時 保存該無線終端節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)和螺旋天線直徑數(shù)據(jù)，W便于查詢備案和調(diào)用。
[0049] 然后讀取第q+1個無線終端節(jié)點(diǎn)的信號強(qiáng)度，重復(fù)步驟S2,直到所有無線終端節(jié)點(diǎn) 均被讀取為止。
[0050] S4:說明當(dāng)前的信號強(qiáng)度不能滿足應(yīng)用需求，需要對螺旋天線直徑進(jìn)行調(diào)整。可W 根據(jù)經(jīng)驗或者采用步進(jìn)的方式，輸入新的要達(dá)到的螺旋天線直徑，然后根據(jù)螺旋天線直徑、 轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度和角速度、引線收放步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度和角速度之間的關(guān)系， 對轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)和引線收放步進(jìn)電機(jī)發(fā)出控制命令。
[0051] S5:當(dāng)前螺旋天線直徑減小時，先啟動轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)再啟動引線收放步進(jìn)電機(jī)，當(dāng) 前螺旋天線直徑增大時，先啟動引線收放步進(jìn)電機(jī)再啟動轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)，轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)按 照設(shè)置的角速度、旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；引線收放步進(jìn)電機(jī)按照計算的角速度、旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行 旋轉(zhuǎn);旋轉(zhuǎn)到指定位置后，執(zhí)行步驟S2。
[0052] 在實際應(yīng)用中，還可W在轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)和引線收放步進(jìn)電機(jī)執(zhí)行命令過程中，實 時地檢測當(dāng)兩步進(jìn)電機(jī)當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度，一旦當(dāng)前收到的節(jié)點(diǎn)信號強(qiáng)度大于接收口限，則停 止轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)和引線收放步進(jìn)電機(jī)，然后執(zhí)行步驟S3,從而可W在設(shè)定值不準(zhǔn)確時，仍能 夠自動尋找到合適的直徑，節(jié)省調(diào)整時間。
[0053] 下面結(jié)合圖9對本實施例方法的工作原理進(jìn)行說明，推導(dǎo)出螺旋天線直徑、引線收 放步進(jìn)電機(jī)的角速度和旋轉(zhuǎn)角度、螺距角和饋線長度的計算公式。
[0054] (1)螺旋天線直徑與轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度
[0055] 設(shè)撐桿長度為B(bar)，螺旋支架螺距為S，轉(zhuǎn)軸的直徑為Φ，螺旋支架的半徑為h， 螺旋支架圈數(shù)為n，螺旋天線最小圈數(shù)Nmin與B和S之間的關(guān)系為：
[0056]
;
[0化7] 其中，Nmin為整數(shù)。
[0058]設(shè)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)在某時刻轉(zhuǎn)動的角度為目1(弧度），則根據(jù)相似Ξ角形的關(guān)系有： [0化9]
[0060]其中:D為螺旋天線的直徑，b為滑環(huán)與撐桿原點(diǎn)（圖9中的Ρ處)間的距離，因：
[0064] 其中：O<0^Nmin。
[0065] 目P，當(dāng)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動任意角度θι，就有一個與之對應(yīng)的螺旋天線的直徑D。由 于直徑變化會引起螺旋天線的圈數(shù)和有效長度發(fā)生變化，在螺旋天線底座處設(shè)計了一個引 線收放步進(jìn)電機(jī)，用于與轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)同步使用，將非磁性引線(尼龍線等）與軟導(dǎo)線連接 后，由引線收放步進(jìn)電機(jī)帶動，實現(xiàn)螺旋天線的軟導(dǎo)線收放線功能。
[0066] (2)旋天線直徑與引線收放步進(jìn)電機(jī)角速度《2和旋轉(zhuǎn)角度θ2
[0067] 因為引線收放步進(jìn)電機(jī)與轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)同步使用，收放螺旋天線軟導(dǎo)線的線速度 相等，即：
[006引 ω!0=ω 化
[0069] 其中，ωι為轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)勻速轉(zhuǎn)動角速度;D為螺旋天線直徑;r為引線收放步進(jìn) 電機(jī)收線轉(zhuǎn)輪收線時線到圓屯、點(diǎn)的半徑，其值為：
[0070]
[0071] 其中，rmin為收線轉(zhuǎn)輪的內(nèi)部半徑;k為引線纏滿收線轉(zhuǎn)輪一層的圈數(shù)，由收線轉(zhuǎn)輪 的寬度和引線的直徑確定；i為收線和放線時轉(zhuǎn)輪收放線的圈數(shù)，由螺旋天線的總長度、 rmin、k確定;餐為引線的直徑;m為收線轉(zhuǎn)輪收滿引線的最大圈數(shù)。
[0074] 目P，當(dāng)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)的角速度ωι和收線轉(zhuǎn)輪的內(nèi)部半徑rmin-定時，收線放機(jī)步 進(jìn)電機(jī)的角速度隨轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度θ?變化而變化。
[0075] 因為；
[0076]
[0077] 其中，θ〇ι為轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)的初始轉(zhuǎn)角，t為轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)W ω 1勻速角速度從θ〇ι轉(zhuǎn) 到曰1所需要的時間
[007引
[0079] 其中，θ〇2為引線收放步進(jìn)電機(jī)的初始轉(zhuǎn)角，t為引線收放步進(jìn)電機(jī)Κω 2角速度從 θ〇2轉(zhuǎn)到θ2(弧度)所需要的時間，與轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)W勻速角速度ωι從θ〇ι轉(zhuǎn)到θι所需要的時 間相同。
[0080] (3)螺距角和饋線長度 [0081 ]螺旋天線螺距角為：
[0082]
[0083] 目Ρ，當(dāng)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度一定時，螺旋天線的螺距角一定。
[0084] 根據(jù)直角Ξ角形的關(guān)系，可得螺旋天線饋線長度為：
[0085]
[0086] 其中，Η為最下面撐桿原點(diǎn)到底座的距離。即，螺旋天線饋線長度Η'數(shù)值隨天線直 徑D的變化而改變。
[0087] 舉下面一個示例。圖2所示為所設(shè)計的無線網(wǎng)協(xié)調(diào)器上的能自動調(diào)整直徑螺旋天 線外形結(jié)構(gòu)器外形結(jié)構(gòu)，該螺旋天線的工作頻率為F = 915MHz。
[0088] 1.自動調(diào)整直徑螺旋天線的固定參數(shù)
[0089] (1)螺距 S = 22mm
[0090] (2)螺旋導(dǎo)線直徑d = 1.5mm，導(dǎo)線材質(zhì):銅
[0091 ] (3)金屬接地板直徑化=200mm，接地板材質(zhì):不誘鋼
[0092] (4)工作頻率F = 915MHz，則波長ス = ^ = 330""" '915
[0093] (5)撐桿長度 B = 80mm
[0094] (6)轉(zhuǎn)軸的直徑Φ =12mm
[00M] (7)螺旋支架半徑h = 20mm
[0096] (8)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角θι的角度范圍為:0-3(弧度）
[0097] (9)收線轉(zhuǎn)輪的內(nèi)部半徑rmin = 3mm
[0098] (10)引線纏滿收線轉(zhuǎn)輪一層的圈數(shù)k = 9
[0099] (11)引線的直徑r二0.5餅/?
[0100] (12)收線轉(zhuǎn)輪收滿引線的最大圈數(shù)m=16。
[0101] 外徑 28mm
[0102] 2.螺旋天線的可變參數(shù)
[0103] (1)天線直徑D的變化范圍
[0104] 將螺旋天線的固定參數(shù)代入公式得：
[0110] 結(jié)論。轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角θι的角度范圍為0-3(弧度）時，螺旋天線直徑D的變化范 圍為58mm~172mm，即0.1 75<DA<0.52，螺旋天線可W在法向模式、軸向模式、圓錐形模式Ξ 種模式中任意一種模式下工作。
[0111] (2)螺距角α的變化范圍
[0112] 將螺旋天線的固定參數(shù)代入公式得：
[0113]
[0114] 將D = 58mm~172mm分別代入上式得，螺旋天線的螺距角的變化范圍為：
[0115]
[0116] α = 6.8°~2.3°
[0117] 結(jié)論:螺旋天線直徑D的變化范圍為58mm~172mm，對應(yīng)螺距角的變化范圍為:6.8° ~2.3。。
[0118] (3)螺旋天線圈數(shù)N的變化范圍
[0119] 1)螺旋天線一圈最長的長度
[0120] 螺旋天線的最長的周長為:Cmax =祉Wx = 3.14X172 S 540mm
[0121] 則螺旋天線一圈最長的長度為：
[0122] 2)螺旋天線最小圈數(shù)Nmin
[0123] 取撐桿長度B = 80mm，則可得：
[0124]
[0125] Nmin取整數(shù)，確定Nmin = 3
[0126] 3)因天線導(dǎo)線是等長的，貝U
[0127]
[012引所W當(dāng)θι = 3時有：
[0129]結(jié)論:轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角θι的角度范圍為〇-3(弧度）時，螺旋天線圈數(shù)Ν的變化范 圍為3-13。
[0130] (4)螺旋天線饋線引線長度Η'的確定
[0131] 將Η=96代入公式得
[0132]
[0133] 結(jié)論:螺旋天線饋線引線長度Η'由轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度θι確定，當(dāng)轉(zhuǎn)軸步進(jìn) 電機(jī)轉(zhuǎn)角Θ1的角度范圍為0-3 (弧度)時，Η '長度在96mm-20mm范圍內(nèi)變化。
[0134] 上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上述 實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替 代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種調(diào)整螺旋天線直徑的裝置，其特征在于，包括螺旋支架、轉(zhuǎn)軸、撐桿，所述轉(zhuǎn)軸的 軸線與螺旋支架的軸線重合，所述撐桿包括固定結(jié)構(gòu)、滑環(huán)、撐桿本體和撐桿穿線環(huán)，所述 轉(zhuǎn)軸周向上設(shè)有若干個凸起板，所述固定結(jié)構(gòu)固定在凸起板上，滑環(huán)卡在螺旋支架上，可沿 螺旋支架滑動，用于形成螺旋天線的導(dǎo)線采用軟導(dǎo)線，導(dǎo)線穿過每個撐桿上的撐桿穿線環(huán)， 螺旋天線每一圈均分別由若干個撐桿支撐;所述轉(zhuǎn)軸在轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動下旋轉(zhuǎn);所述導(dǎo) 線與非磁性引線連接，非磁性引線設(shè)置在收線轉(zhuǎn)輪上，收線轉(zhuǎn)輪由引線收放步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動 旋轉(zhuǎn);所述轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)、引線收放步進(jìn)電機(jī)均與控制電路連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)整螺旋天線直徑的裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)軸上沿周向方 向上，每隔45度設(shè)置一凸塊板，一周共設(shè)置八個凸塊板。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)整螺旋天線直徑的裝置，其特征在于，所述撐桿中的固定結(jié) 構(gòu)包括一對夾爪，在夾爪內(nèi)側(cè)頂端設(shè)有一圓形凸塊，所述轉(zhuǎn)軸上每個凸塊板上排列有對稱 的圓孔，所述圓形凸塊固定在上述圓孔內(nèi)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)整螺旋天線直徑的裝置，其特征在于，所述裝置外側(cè)設(shè)有一 介質(zhì)罩，介質(zhì)罩內(nèi)部上端設(shè)有一用于固定轉(zhuǎn)軸的滾珠軸承。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)整螺旋天線直徑的裝置，其特征在于，所述裝置還包括一底 座，所述底座包括底座蓋板和底座盒，所述控制電路、轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)、引線收放步進(jìn)電機(jī)均 設(shè)置在座蓋板和底座盒形成的密閉空間內(nèi)。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的調(diào)整螺旋天線直徑的裝置，其特征在于，所述滾珠軸承采用陶 瓷軸承。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的調(diào)整螺旋天線直徑的裝置，其特征在于，所述底座采用金屬材 料制成，底座盒上開有對稱的四個弧形孔，用于與介質(zhì)罩上的卡扣連接。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的調(diào)整螺旋天線直徑的裝置，其特征在于，所述控制電路固定在 底座盒內(nèi)，通過防水接頭與外部設(shè)備相連。9. 一種螺旋天線，其特征在于，采用權(quán)利要求1-8任一項所述裝置。
【文檔編號】H01Q11/08GK205429170SQ201620157160
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月1日
【發(fā)明人】董兵, 饒瑞福
【申請人】廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院