[实用新型]一种具有船体高适应性的自相移可重构四臂螺旋天线

说明书

技术领域：

本发明涉及一款具有船体高适应性的自相移可重构四臂螺旋天线，属于无线通信技术及交通信息工程与技术领域。

背景技术：

随着科技的进步，我国海上应急搜救能力大幅度提高，但总体上我国的水上交通安全监控水平、海上搜救成功率与发达国家相比还有明显的差距。船载无线通信设备天线作为无线通信中的关键装置之一，决定着船载卫星导航系统是否能够正常发挥其作用。北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统 (GLONASS)和欧盟的伽利略系统(GALILEO)之后我国研制的成熟的卫星导航系统。北斗系统的研究起始于2002年，期间经历了十多年的研究历程，跨越了北斗一代和北斗二代两个卫星导航定位系统的研发时期，目的是提供定位、导航和授时服务2012年12月27日，北斗卫星导航系统正式提供亚太区域服务。北斗系统的建立与应用，对国防及海事通信等诸多领域有积极而重要的影响。随着我国北斗卫星导航系统的发展，基于北斗卫星导航系统的应用已经成为一个新兴产业，并已列入我国“十二五”和“十三五”发展战略中。

然而，常规车载北斗天线用于船上时，存在许多问题，其中，尤为突出的是：船体绝大多数组成部分材质为金属，而卫星导航通信频段主要处在微波波段，金属对微波波段电磁波存在较强的反射作用。因此，势必会对天线产生扰动，改变天线的电流分布，进而改变天线原有阻抗、辐射和极化特性。常规车载北斗天线已经不能满足船舶适应性需求，在解决方法上，除了合理安排天线船体搭载之外，还要在天线本身上寻求解决途径。

四臂螺旋天线具有不需要参考地、结构紧凑和宽波束等等特性，可以实现大仰角通信，可作为北斗系统的主打天线。但是，在天线的船体适应性需要进一步加强。可重构天线是指通过调节天线某一单元的参数，实现天线性能可重构。通过结合四臂螺旋天线与可重构天线原理，研究可重构式四臂螺旋天线，通过动态调节天线体及巴伦参数，可改变天线的频带、极化、辐射等特性，提高可重构四臂螺旋天线船体适应能力，可作为船载INMARSAT天线与北斗天线，进而提高北斗系统定位精度，提升海上定位及搜救能力。

发明内容：

本发明针对现有车载北斗系统天线难以适应金属船体的问题，提供一种方向图、阻抗、极化与频带特性可快速重构的具有船体结构高适应性的船载北斗及INMARSAT卫星船用系统四臂螺旋天线。该天线结合拉杆天线原理、巴伦原理与极化原理，可动态调节螺旋臂天线的长度、巴伦结构及天线的螺旋天线旋向，这样可以快速改变天线工作频段、轴比带宽、极化方向、辐射特性等关键参量，既避免设计匹配电路导致天线体积增加，也增强了天线的船体适应性。

本发明的设计方案为：

一种具有船体高适应性的自相移可重构四臂螺旋天线，该可重构式四臂螺旋天线主要包含四臂螺旋天线体、可调式巴伦、阻抗变换内导体及空心介质等。其中，四臂螺旋天线体由柔性PCB板、螺旋臂条、寄生臂条、连接螺丝、天线中间层、天线顶负载等。柔性PCB板厚度约为0.1mm，PCB板上刻有四条螺旋臂条，四条螺旋臂条可分成长度不一的两组，一组长度超出通信频段1/8个波长，另一组长度小于通信频段1/8个波长，相邻天线长度不相等。天线寄生臂条是附着在天线每个振子臂之上的，通过连接螺丝来调节寄生臂条在其附着的螺旋臂条的相应位置，进而调节四臂螺旋天线振子总长度。天线中间层中，引出四个连接带条，相邻两个金属振子通过中间层连接在一起，与同轴线内导体相连接，另外两个振子连接在一起与同轴线外导体相连接，两组相对的振子彼此相位相差180°，同时由于每组天线振子相差90°，这样就实现了天线圆极化，同时可旋转中间层，并利用连接螺丝将其固定，可实现左旋、右旋圆极化之间的转换；天线顶负载也是由柔性PCB材质制成，厚度为0.5mm，上面刻有金属铜质带条环路，通过对天线电流的进一步扰动，增加天线低仰角性能指标，满足天线宽波束和适应船体摇摆特性。

可调式巴伦由圆柱型空心金属构成，巴伦下端与同轴线外端相连接，上端分四个支路，相邻两个支路连接在一起分成两组，两组之间开路，与天线体中间层对应处相焊接，在空心圆柱巴伦的开路范围内，装有环形金属装置，可以调节该装置在空心圆柱巴伦的轴向位置，从而使天线电流分布在四分之一波长处达到平衡，配合四臂螺旋天线振子长度共同调节天线通信频带。