小型化平面四臂槽螺旋天線

1引言

平面螺旋天線和平面槽螺旋天線最早是在上世紀六十年代提出來的。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等領域。當用同軸線等非平衡傳輸線對平面螺旋天線饋電時需要巴倫來平衡電流，這樣會增加天線的復雜性和體積。為了獲得較好的軸比，通常在螺旋臂上加載負載電阻，但這樣同時會降低天線的效率。

本文對專利的平面四臂槽螺旋天線進行了改進，使用了一種口徑耦合饋電結構，這樣在饋電點就不需要外接巴倫了。陶瓷介質板具有相對較高的介電常數，能使天線小型化。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，本天線使用了一個薄金屬背腔來實現單向輻射，增大天線增益。文中介紹了天線設計細節，并給出了天線的仿真與實測結果。

2天線設計

如圖1所示，該天線包括一個平面陶瓷介質板和一個金屬背腔。在饋電點天線通過一段四分之一波長阻抗變換線與饋電圓環匹配，這種方法可以使平面四臂槽螺旋天線很好地匹配到50歐姆。饋電圓環的周長為介質中1.561GHz工作頻率所對應的工作波長，這樣可以使四個相鄰耦合槽之間相位差為90°。在饋電圓環的終端有一吸收電阻，用來吸收未輻射出去的能量。調節耦合開口槽的大小使耦合到開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能夠工作在一次模狀態。天線螺旋臂為阿基米德螺旋，增長率為3.45(mm/radian),內徑為18.8mm，外徑45.8mm。槽螺旋臂的終端會對能量產生反射，反射的能量會以旋向相反的圓極化方式輻射出去，這樣就會影響到天線的軸比。在螺旋臂的終端或者沿著螺旋臂增加負載電阻是吸收反射能量的一個有效方式，但這種方式會同時降低天線的增益。該天線使用一種終端漸削結構來減小軸比同時不會降低軸比和增加復雜性。在介質板的背面安放一金屬背腔來實現天線的單向輻射，同時也會增大天線的增益。

圖1天線結構

圖2天線實物圖