小型化平面四臂槽螺旋天线

1引言

平面螺旋天线和平面槽螺旋天线最早是在上世纪六十年代提出来的。由于其具有宽波束，宽频带，圆极化等特性而被广泛地应用在GPS，PCS等领域。当用同轴线等非平衡传输线对平面螺旋天线馈电时需要巴伦来平衡电流，这样会增加天线的复杂性和体积。为了获得较好的轴比，通常在螺旋臂上加载负载电阻，但这样同时会降低天线的效率。

本文对专利的平面四臂槽螺旋天线进行了改进，使用了一种口径耦合馈电结构，这样在馈电点就不需要外接巴伦了。陶瓷介质板具有相对较高的介电常数，能使天线小型化。在螺旋臂终端形成终端渐削结构，这样能在不降低增益的情况下获得较低的轴比。另外，本天线使用了一个薄金属背腔来实现单向辐射，增大天线增益。文中介绍了天线设计细节，并给出了天线的仿真与实测结果。

2天线设计

如图1所示，该天线包括一个平面陶瓷介质板和一个金属背腔。在馈电点天线通过一段四分之一波长阻抗变换线与馈电圆环匹配，这种方法可以使平面四臂槽螺旋天线很好地匹配到50欧姆。馈电圆环的周长为介质中1.561GHz工作频率所对应的工作波长，这样可以使四个相邻耦合槽之间相位差为90°。在馈电圆环的终端有一吸收电阻，用来吸收未辐射出去的能量。调节耦合开口槽的大小使耦合到开口槽的能量分别具有相同的幅度，这样平面四臂槽螺旋天线能够工作在一次模状态。天线螺旋臂为阿基米德螺旋，增长率为3.45(mm/radian),内径为18.8mm，外径45.8mm。槽螺旋臂的终端会对能量产生反射，反射的能量会以旋向相反的圆极化方式辐射出去，这样就会影响到天线的轴比。在螺旋臂的终端或者沿着螺旋臂增加负载电阻是吸收反射能量的一个有效方式，但这种方式会同时降低天线的增益。该天线使用一种终端渐削结构来减小轴比同时不会降低轴比和增加复杂性。在介质板的背面安放一金属背腔来实现天线的单向辐射，同时也会增大天线的增益。

图1天线结构

图2天线实物图