阅读说明：本技术 层叠式多臂双频螺旋天线装置 (Laminated multi-arm double-frequency helical antenna device ) 是由 施静 李庚禄 华娟 刘兆 吴艳杰 李铎 张慧龙 于 2019-10-11 设计创作，主要内容包括：一种层叠式多臂双频螺旋天线装置,包括外壳、同轴线缆、上下层叠且同轴的L1天线单元和L2天线单元,所述L1天线单元包括L1 FPC电路板、L1介质支撑体和L1接地板,所述L1 FPC电路板环绕于L1介质支撑体外壁,L1介质支撑体固定于L1接地板上；所述L2天线单元结构与L1天线单元类似；本发明具有设计灵活、结构简单、天线性能优良、应用广泛等特点,其合理的物理结构和优良的天线性能不仅是提高系统性能的保证,也有利于节约成本,天线结构轻小,方向图表现好,兼顾层叠微带天线和螺旋天线两种类型的优势,尤其适用于便携式设备或对重量要求苛刻的设备(如无人机等)。(A stacked multi-arm dual-frequency helical antenna device comprises a shell, a coaxial cable, an L1 antenna unit and an L2 antenna unit which are stacked up and down and coaxial, wherein the L1 antenna unit comprises an L1FPC circuit board, an L1 dielectric supporting body and an L1 grounding plate, the L1FPC circuit board surrounds the outer wall of the L1 dielectric supporting body, and the L1 dielectric supporting body is fixed on the L1 grounding plate; the L2 antenna element structure is similar to the L1 antenna element; the invention has the characteristics of flexible design, simple structure, excellent antenna performance, wide application and the like, the reasonable physical structure and the excellent antenna performance not only ensure the improvement of the system performance, but also are beneficial to saving the cost, the antenna structure is light and small, the directional diagram has good performance, and the advantages of two types of the laminated microstrip antenna and the spiral antenna are taken into consideration, thereby being particularly suitable for portable equipment or equipment (such as unmanned aerial vehicles and the like) with severe requirements on weight.)

层叠式多臂双频螺旋天线装置

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种层叠式多臂双频螺旋天线装置。

背景技术

天线作为射频通信的前端部件，在通信系统中占有重要地位。针对目前高精度多系统GNSS测量型天线的设计需求，在卫星信号接收性能上，不仅要保证天线具有定位精度高、性能稳定可靠的特点，同时又要充分利用卫星导航多星多频信号资源，为了能够满足兼容多系统多频点GNSS终端设备的应用需求，天线应具备较宽工作带宽、抗干扰能力强、优异的圆极化性能和相位中心稳定度等，并且要求天线系统兼容性更强和结构设计更加紧凑、便携、轻小、兼容性强等特点。尤其是针对目前可穿戴式、手持式、无人机高精度导航定位终端模块与设备配套天线应用需求，对天线的要求不仅要满足高性能、高效率、多姿态稳定接收，而且结构还要满足轻小、灵活、便携等设计需求。

现有技术采用介质支撑体介电常数比较高（一般大于5）的基板设计，天线增益低，在高频信号条件下表现不佳；并且，现有天线多是采用在陶瓷或塑料上雕刻（蚀刻）的，误差大，可靠性低；一般天线双频螺旋无源信号，是合路输出，增益低，并且如果进行前置滤波，噪声系数大。

因此，可以考虑将柔性电路板应用于高精度多系统测量型天线柔性上。电路板FPC（Flexible Printed Circuit）在天线行业用途越来越广泛，由最初的柔性电路，到现在柔性天线。FPC由于其柔性好，方便成形和粘贴，有利于做出不同形状的天线，因此，FPC在天线领域的应用日益广泛。目前的棒状天线，例如卫星导航螺旋天线，卫星通信的螺旋天线，均使用FPC技术。为了将天线缠绕成棒状，中间一般采用柱体（介质棒或工程泡沫）或圆管（塑料管），这种结构虽然可以很好支撑，但是由于其制造公差和材料一致性难以保证，容易造成天线产品工作频率偏差，进而影响产品的一致性，并且，这种天线体积大，相应重量大，对于重量要求严格的特殊应用场合并不适用。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种采用层叠的结构，L1和L2信号单独输出，方便信号处理的多臂双频螺旋天线装置。

本发明的另一个目的是提供一种适合于无人机等应用场景，体积小、重量轻的层叠天线。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种层叠式多臂双频螺旋天线装置，包括：外壳、同轴线缆、上下层叠且同轴的L1天线单元和L2天线单元，L1天线单元设于L2天线单元上方，L1天线单元和L2天线单元设于外壳内腔中；

所述L1天线单元包括L1 FPC电路板、L1介质支撑体和L1接地板，所述L1 FPC电路板环绕于L1介质支撑体外壁，L1介质支撑体固定于L1接地板上；所述L2天线单元包括L2 FPC电路板、L2介质支撑体和L2接地板，所述L2 FPC电路板环绕于L2介质支撑体外壁，L2介质支撑体固定于L2接地板上；

所述L2介质支撑体中空，同轴线缆穿过L2介质支撑体中空处与L1接地板连接；L1天线单元合成或接收L1信号；L2天线单元合成或接收L2信号。

优选的是，所述L1 FPC电路板和L2 FPC电路板上分别设有多臂螺旋辐射体，所述多臂螺旋辐射体为八臂辐射臂结构，八臂辐射臂结构包括对称的四个长臂和四个短臂。

优选的是，所述L1接地板和L2接地板为多层线路板，用于对信号进行包括滤波、放大在内的处理。

优选的是，所述L1接地板和L2接地板上分别集成有馈电装置，L1接地板对L1 FPC电路板进行馈电，L2接地板对L2 FPC电路板进行馈电。

优选的是，所述L1信号通过同轴线缆传至L2接地板。

优选的是，所述L1信号和L2信号单独进行处理后合路输出。

优选的是，所述L1介质支撑体和L2介质支撑体为柱状或环状的硬质支撑体。

优选的是，所述L1介质支撑体的直径小于L2介质支撑体。

优选的是，所述L1接地板底部和L2介质支撑体顶部固定连接。

优选的是，还包括设于L2接地板底部中心处的固定装置，所述固定装置底部加工有螺纹孔。

本发明的层叠式多臂双频螺旋天线装置，至少具有以下优点：

1.具有设计灵活、结构简单、天线性能优良、应用广泛等特点，其合理的物理结构和优良的天线性能不仅是提高系统性能的保证，也有利于节约成本。

2.采用层叠的结构，L1和L2信号单独输出，方便信号处理。能够实现同时接收GNSS（全球卫星导航系统）L2（1164MHz~1300MHz）和L1(1521MHz~1616MHz)双频卫星信号，其中底层可以接收L2信号，顶层可以接收L1信号，通道独立，可以方便进行信号处理。

3.八臂螺旋天线的辐射体采用四个长臂和四个短臂对称性设计，天线圆极化性能好；两个八臂螺旋天线层叠实现双频工作，可以接收GPS的L1、L2和L5、北斗的B1、B2和B3 、GLONASS的G1和G2等多个频点的卫星信号。

4.天线的固定方式采用新的制作方法，提高了天线性能，尤其适用于增益、抗干扰能力要求高的设备上。

5.八臂螺旋辐射体以柔性的FPC电路板为载体，采用卷绕的方式固定在介质支撑体上，加工精度高，一致性好，通过向左或向右可以方便的形成不同的极化模式，可接收不同极化模式的卫星信号。

6.L1介质支撑体和L2介质支撑体可采用环状的硬质支撑体，可较大幅度减轻天线重量；天线结构轻小，方向图表现好，兼顾层叠微带天线和螺旋天线两种类型的优势，尤其适用于便携式设备或对重量要求苛刻的设备（如无人机等）。

附图说明

图1为一种层叠式多臂双频螺旋天线装置的整体结构示意图。

图2为图1中的层叠式多臂双频螺旋天线装置内部结构示意图（外壳未显示）。

图3为图2中层叠式多臂双频螺旋天线装置的立体结构示意图（多臂螺旋辐射体未显示）。

图4为图2中多臂螺旋辐射体的立体结构示意图。

图5、6为图2中固定装置的立体结构示意图。

图7为信号合路的流程示意图。

图中标号为：1-外壳，2-同轴线缆，3-L1天线单元，310-L1 FPC电路板，320-L1介质支撑体，330-L1接地板，4-L2天线单元，410-L2 FPC电路板，420-L2介质支撑体，430-L2接地板，5-多臂螺旋辐射体，6-固定装置，610-固定足，620-螺纹孔。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”，“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

实施例1

如图1-6所示，一种层叠式多臂双频螺旋天线装置，包括：外壳1、同轴线缆2、上下层叠且同轴的L1天线单元3和L2天线单元4，L1天线单元设于L2天线单元上方，L1天线单元和L2天线单元设于外壳内腔中；采用层叠的结构，L1和L2信号单独输出，方便信号处理。

所述L1天线单元包括L1 FPC电路板310、L1介质支撑体320和L1接地板330，所述L1FPC电路板环绕于L1介质支撑体外壁，L1介质支撑体固定于L1接地板上；所述L2天线单元包括L2 FPC电路板410、L2介质支撑体420和L2接地板430，所述L2 FPC电路板环绕于L2介质支撑体外壁，L2介质支撑体固定于L2接地板上；

所述L2介质支撑体中空，同轴线缆2穿过L2介质支撑体中空处与L1接地板连接；L1天线单元合成或接收L1信号；L2天线单元合成或接收L2信号。

所述L1 FPC电路板和L2 FPC电路板上分别设有多臂螺旋辐射体5，所述多臂螺旋辐射体为八臂辐射臂结构，八臂辐射臂结构包括对称的四个长臂和四个短臂。八臂螺旋辐射体以FPC电路板为载体，采用卷绕的方式固定在介质支撑体上，可以方便的形成不同的极化模式，以接收不同极化模式的卫星信号。

所述L1接地板和L2接地板为多层线路板，用于对信号进行包括滤波、放大在内的处理。

所述L1接地板和L2接地板上分别集成有馈电装置，L1接地板对L1 FPC电路板进行馈电，L2接地板对L2 FPC电路板进行馈电。

所述L1信号通过同轴线缆传至L2接地板。

所述L1介质支撑体和L2介质支撑体为中空的圆筒状硬质支撑体，可减轻天线重量。

所述L1介质支撑体的直径小于L2介质支撑体。

所述L1接地板底部和L2介质支撑体顶部固定连接。

还包括设于L2接地板底部中心处的固定装置6，固定装置顶部设有凸出的固定足610，固定足***到L2接地板中，固定装置底部加工有螺纹孔620。通过固定装置进行螺纹固定，可方便的安装于无人机上。

实施例2

如图7所示，所述L1信号和L2信号单独进行处理后合路输出。本实施例中，L1信号和L2信号分别经过前置滤波器、放大器、滤波器处理后，再经放大器进行信号合路输出；L1和L2信号通道分别采用前置滤波提高信号的抗干扰能力；采用低噪声系数的放大器。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。