摘 要：文章设计了一种 GNSS 双频宽带多臂螺旋天线，采用精度高、成本低的激光雕刻工艺，将螺旋臂加载在介质支架上。为了提高增益，在低频辐射臂顶端加载新型短路结构，引入四条寄生臂形成耦合谐振，拓展低频段的工作带宽。测试结果表明，在 1.175 ～ 1.267 GHz、1.517 ～ 1.624 GHz 频段内增益大于 1 dBi，两个频段内的最高增益分别为 4.09 dBi、2.8 dBi，高低频段 3 dB 轴比波束宽度分别为 190°、195°。由此得知该天线能覆盖四大卫星导航系统所有频点，满足 GNSS 精确测量设备的需求。
关键词：螺旋天线；导航系统；宽带；短路结构；寄生
DOI:10.19850/j.cnki.2096-4706.2022.01.013
课题项目：北斗高精度位置服务平台建设（20212210003）
Windband High-precision GNSS Dual-frequency Cylindrical Spiral Antenna
LI Xiaopeng1,2, LI Ruixiong3, GAO Wei 4
(1. Guangzhou Hi-Target Navigation Tech Co., Ltd., Guangzhou 511400, China; 2.South China University of Technology, Guangzhou 510641, China; 3.Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China; 4. Hi-Target Surveying Instrument Co., Limited, Guangzhou 511400, China)
Abstract: In this paper, a dual-frequency wideband multi-arm antenna is designed. The helical arm is loaded on the dielectric support by using the laser engraving process with high precision and low cost. In order to improve the radiation gain of the antenna, a novel short-circuit structure is loaded on the top of the low-frequency radiating arms. Four parasitic arms are introduced to form a coupling resonance and expand the working bandwidth of low frequency band. The test results show that the gains are greater than 1 dBi in the frequency bands of 1.175 ～ 1.267 Ghz and 1.517 ～ 1.624 Ghz, and the peak gains reach 4.09 dBi and 2.8 dbi, respectively. The 3 dB axial ratio beamwidths of the high and low frequency band reach 190° and 195° , respectively. Therefore, it is known that the antenna can cover all frequency points of the four satellite navigation systems and meet the requirements of GNSS accurate measurement equipment.
Keywords: spiral antenna; navigation system; windband; short-circuit structure; parasitic
参考文献：
[1] 杨一民 . 多频段卫星导航系统中的印制四臂螺旋天线 [D].大连：大连海事大学，2010.
[2] WANG Y S，CHUNG S J. A Miniature Quadrifilar Helix Antenna for Global Positioning Satellite Reception [J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation，2009，57（12）：3746-3751.[3] YANG Y H，GUO J L，SUN B H，et al. Dual-Band Slot Helix Antenna for Global Positioning Satellite Applications [J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation，2016，64（12）：5146-5152.
[4] 王丹青，李萍，朱永忠 . 北斗导航 / 超短波通信双模三频一体化终端天线的研究与设计 [J]. 兵工学报，2016，37（12）：2284-2292.
[5] 于照成 . 小型化四臂螺旋天线的设计与研究 [D]. 南京：南京邮电大学 ,2017.
[6] LETESTU Y，SHARAIHA A.Broadband folded printed quadrifilar helical antenna [J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation，2006，54（5）：1600-1604.
[7] ZHONG Z P，ZHANG X，ZHU Y J，et al. Compact dualband printed quadrifilar helix antenna for practical hand-held devices [EB/OL].（2020-08-11）.https://doi.org/10.1002/mmce.22384.
[8] 汪北辰 . 北斗导航天线的设计 [D]. 西安：西安电子科技大学，2017.
[9] 李炳槐，胡朝斌，吕波 . 应用于卫星导航的双频四臂螺旋天线 [C]// 第四届中国卫星导航与位置服务年会 . 北京：中国卫星导航定位协会，2015：209-212.
[10] 周恒，王晓川，雷文，等 . 基于 GPS 应用的单馈双频四臂螺旋天线 [C]// 2013 年全国微波毫米波会议 . 重庆：中国电子学会，2013.
[11] RABEMANANTSOA J，SHARAIHA A. Size Reduced Multi-Band Printed Quadrifilar Helical Antenna [J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation，2011，59（9）：3138-3143.
[12] KILGUS C C. Multielement, Fractional Turn Helices [J]. IEEE Transactions on Antennas and Propagation，1968，16（4）：499-500.
[13] KILGUS C. Resonant Quadrafilar Helix [J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation，17（3）：349-351.
[14] 王晓明，李亚军，芮锡，等 . 一种新型高增益小型化四臂螺旋天线 [J]. 电讯技术，2019，59（7）：842-846.
[15] KILGUS C.Shaped-Conical Radiation Pattern Performance of the Backfire Quadrifilar Helix [J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation，23（3）：392-397.
作者简介：李晓鹏（1987—），男，汉族，陕西渭南人，工程师，硕士，研究方向：北斗导航定位终端核心部件研制。