四臂螺旋天线的新型巴伦结构

GPS的平板天线与螺旋天线的比较GPS接收天线的作用，是将卫星来的无线电信号的电磁波能量变换成接收机电子器件可摄取应用的电流。

天线的大小和形状十分重要，因为这些特征决定了天线能获取微弱的GPS信号的能力。

根据需要，天线可设计成可以工作在单一的L1频率上，也可以工作在L1和L2两个频率上。

由于GPS信号是圆极化波，所以所有的接收天线都是圆极化工作方式。

尽管有多种多样的条件限制，仍然有许多不同的天线类型存在，如单极的，双极的，螺旋的，四臂螺旋的，以及微带天线。

我们在市面上看到的GPS接收器的内置天线一般有两种－－平板式天线和四臂螺旋式天线，到底两种天线各有什么优劣呢，让我们来为您一一解答。

平板式天线（Patch Antenna）平板式天线由于其耐用性和相对地容易制作，所以成了应用最为普遍的一类天线。

其形状可以是圆的也可以方的或长方的，如同一块敷铜的印刷电路板。

它由一个或多个金属片构成，所以GPS天线最常用的形状是块状结，像个烧饼。

由于天线可以做得很小，因此适合于航空应用和个人手持应用。

天线的另一个主要特性，是其的增益图形，即方向性。

利用天线的方向性可以提高其抗干和抗多径效应能力。

在精确定位中，天线的相位中心的稳定性是个很重要的指标。

但是，普通的导航应用中，人们希望用全向天线，至少能接收天线地平以上五度视野内所有天空中的可见卫星信号，但是平板式天线在卫星于天线正上方时，讯号增益才是最大，这就有两个问题：1、平板的接收范围在平板上方，平板要面向天空，这对于手持以及车载都会带来麻烦，我们可以看到可调角度的CF接收器越来越多（可折叠的SDGPS丽台9551），就是因为平板式天线这种特性使得厂家为了接收器有更好的收讯效果才想出来的招。

2、我们知道，虽然我们正头顶上的卫星信号比较好，比较容易锁定，但其实正头顶上的卫星是最没用的，如果没有低角度的卫星，误差会相对较高，精度将会很差。

所以基于这些缺点，GPS接收器上也开始使用四臂螺旋式天线。

四臂螺旋天线研究与设计程喆;李英杰【摘要】本文设计了一种多频点角锥形四臂螺旋天线,井对其各种参数进行了优化.天线设计工作在L波段,各频点驻波系数小于2,天线要求为右旋圆极化.利用Ansoft HFSS软件对天线进行了仿真分析,结果表明该天线具有良好的增益特性和方向图特性,基本实现了天线的设计要求.【期刊名称】《科技视界》【年(卷),期】2012(000)011【总页数】3页(P61-63)【关键词】四臂螺旋;圆极化;宽波束【作者】程喆;李英杰【作者单位】中国电子科技集团第二十研究所,陕西西安710068;西安电子科技大学,陕西西安710071【正文语种】中文0 引言J.D.Kraus第一次发现了螺旋结构天线，并为螺旋天线的应用与发展做出了重大贡献[1]。

典型的螺旋天线一般为圆柱形，通常由金属丝缠绕而成，其结构如图1所示。

螺旋天线结构的空间特征参量有三个：螺旋高度、螺距和直径。

图1 螺旋天线结构与方向图螺旋天线的直径d与波长λ的比值不同，其对应的方向图也不同。

当d/λ＜0.18 时，方向图如 1（c）所示，当 0.25＜d/λ＜0.46时，方向图如图 1（b）所示，当d/λ≈1时，方向图如图 1（c）所示。

C.C.Kilgus在1968年提出了谐振式四臂螺旋结构天线[2]，典型结构如图2所示。

它由四根螺旋臂组成，每根的长度为四分之一波长的整数倍。

四根螺旋臂馈电端的电流幅度相等，相位依次相差90°，这就要求馈电网络在满足功率分配的同时，还要考虑到相移条件限制。

由于四臂螺旋天线具有心形方向图、良好的前后比及优异的宽波束圆极化特性，十分适合用作卫星定位系统的接收天线。

图2 四臂螺旋天线1 天线的设计要求天线要求为右旋圆极化，工作频率为L波段多频点，天线的电压驻波比（VSWR）小于2，各频点带宽10MHz。

天线圆极化增益大于6dB，仰角15°以上的轴比小于6dB,天线天顶到90°的增益落差大于12dB。

一种用于GPS卫星导航的四臂螺旋圆极化印刷天线崔灵菲; 吴秉琪; 刘长军【期刊名称】《《应用科技》》【年(卷),期】2019(046)006【总页数】4页(P16-19)【关键词】四臂螺旋天线; 印刷天线; 宽波束; 轴比; 圆极化; 功分相移馈电网络; 正交馈电; 卫星导航【作者】崔灵菲; 吴秉琪; 刘长军【作者单位】四川大学电子信息学院四川成都 610064; 无线能量传输教育部重点实验室四川成都 610064; 河北博威集成电路有限公司河北石家庄 050000【正文语种】中文【中图分类】TN828.5GPS卫星导航在军民用领域得到越来越多的关注和应用。

该系统要求接收天线具有可以覆盖上半平面的宽波束和圆极化特性，并能保持低仰角的性能。

常见的GPS接收天线有微带天线和螺旋天线等[1]。

微带天线对周围环境敏感，较难实现上半平面波束覆盖。

例如文献[2]通过将微带天线的地改变为三维结构，波束宽度提高到了113°；文献[3]通过在微带天线顶部加载金属圆环，将微带天线的边射方向图和金属圆环的水平全向方向图组合起来，其波束宽度达到了140°。

螺旋天线则具有较宽的圆极化辐射波束，容易实现上半平面的波束覆盖，在较低的仰角保持了高增益，选择适当的物理尺寸可形成不同的辐射方向图。

本文设计了一种适用于GPS卫星导航系统的四臂螺旋印刷天线，由紧凑的馈电网络和小型化的天线辐射体组合而成。

通过四端口依次相差90°的馈电网络，对卷成圆柱形的印刷四臂螺旋天线等幅馈电，实现满足GPS标准的地面天线。

1 天线辐射单元设计与实现1.1 螺旋天线的辐射特性使用金属导体按螺旋状绕制形成天线主体的结构，形成螺旋天线。

根据螺旋半径分为锥体和柱体天线。

根据天线结构，分为平面和立体螺旋天线[4−5]。

本文采用立体柱体螺旋天线的结构，基本结构和几何特性如图1所示。

图1 螺旋天线基本结构和几何特性螺距角，螺旋圈长为，线圈轴向长度，其中n为线圈的匝数。

多频段卫星导航系统中的印制四臂螺旋天线的开题报告1.研究背景和意义多频段卫星导航系统是现代卫星导航领域的重要研究方向之一。

目前，GPS、GLONASS、伽利略等多个卫星导航系统已经应用于众多领域，如航空、交通、地理信息、测绘等。

这些卫星导航系统的定位精度和服务可靠性都取决于接收端的天线性能。

因此，研究和设计高性能的卫星导航天线，对于提高卫星导航系统的整体性能具有重要意义。

印制四臂螺旋天线是一种常用的卫星导航天线。

相比于传统的天线结构，印制四臂螺旋天线具有结构简单、宽频带、轻量化等优点。

随着多频段卫星导航系统的发展，印制四臂螺旋天线需要适应更广泛的频段，以满足不同应用场景的需求。

因此，对印制四臂螺旋天线的频率响应与辐射特性进行研究和优化，对提高多频段卫星导航系统的定位精度和服务可靠性具有重要意义。

2.研究内容和方法本研究旨在研究印制四臂螺旋天线在多频段卫星导航系统中的应用。

主要研究内容包括以下两个方面：（1）频率响应优化。

通过改变印制四臂螺旋天线的结构参数，分析其对频率响应的影响。

选取合适的结构参数，使天线能够在多个频段内达到较好的匹配度和增益特性。

（2）辐射特性分析。

主要探究印制四臂螺旋天线的极化性能和方向性特性。

对于极化性能的研究，采用极化重叠系数的计算方法，给出其在不同频段下的结果。

对于方向性特性的研究，采用数值计算方法，分析印制四臂螺旋天线在三维空间内的辐射功率分布图。

本研究采用数值模拟方法，使用电磁场仿真软件Ansoft HFSS对印制四臂螺旋天线进行建模和仿真。

在仿真过程中，主要通过改变天线的结构参数，如导线宽度、导线间隔等，进行优化计算，以达到印制四臂螺旋天线在多频段内的匹配和增益要求。

仿真结束后，对仿真结果进行结果分析和对比。

3.预期成果和意义通过本研究的成果，可以得到以下预期结果和意义：（1）设计和制备出一款新型的印制四臂螺旋天线，其频率响应在多频段内具有较好的匹配度和增益特性。