CN101110499B

CN101110499B - 宽带全球局域网系统便携终端的天线装置

Info

Publication number: CN101110499B
Application number: CN 200710012663
Authority: CN
Inventors: 房少军; 付世强
Original assignee: Dalian Maritime University
Current assignee: Dalian Maritime University
Priority date: 2007-08-30
Filing date: 2007-08-30
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2027-08-30
Also published as: CN101110499A

Abstract

本发明公开了一种宽带全球局域网系统便携终端的天线装置，其特征在于包括一个由单元天线组成的天线阵、封闭结构地和馈电网络。使用不等功率分配馈电网络对每个单元天线进行馈电，以获得较好的主瓣方向性，避免了使用等功率馈电带来的辐射零点；使用带状线馈电功分网络封闭结构以抑制功分网络带来的寄生辐射对天线方向性的影响；采用与馈电功分网络一体的倒L带条馈电结构，避免了传统采用同轴馈电带来的结构不连续性和加工复杂性，并且两点正交馈电，实现右旋圆极化的同时也降低了加工误差要求；利用多点接地结构以实现馈电功分网络阻抗的良好匹配，天线具有成本低，重量轻，加工简单，性能优越的特点。

Description

宽带全球局域网系统便携终端的天线装置

技术领域

本发明涉及天线阵或系统，属于一种新型海事卫星便携终端天线装置。

背景技术

BGAN是宽带全球局域网Broadband Global Area Network的英文缩写，是国际海事卫星组织Inmarsat提供的第四代全球性移动卫星通信系统。它吸取、兼容了3G的通信优势，在卫星通信中结合了便携移动、宽带、网络通信的需求，成为向在全球范围任意移动的用户提供安全可靠的音视频流媒体传输、电子邮件、网络接入服务的革命性通信系统。该系统工作在L波段，它的接收和发送频率分别对应1525～1550MHz和1626.5MHz～1660.5MHz。为了收发共用一个天线，则将天线的工作频带设计为1525MHz～1660.5MHz，相对带宽为8.5％。天线采用右旋圆极化形式，因为圆极化波在穿过雨雾层和电离层时，引入的损耗小。

目前已有的BGAN便携终端天线，大都采用高成本的微波材料基板，通过和天线做在一起的微带线馈电功分网络对各天线单元实现等功率馈电。由于使用微波材料基板，使得天线成本升高；由于对各单元天线等功率馈电，容易产生辐射零点，对天线方向性指向要求提高，并且馈电功分网络的寄生辐射也会对天线的方向性造成影响。

发明内容

本发明的目的就是为了克服传统BGAN终端天线的缺点，提出一种适用于宽带全球局域网系统便捷终端的天线结构，以期提高天线的性能指标。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

一种宽带全球局域网系统便携终端的天线装置，其特征在于包括一个由单元天线组成的天线阵、封闭结构地和馈电网络，其中所述的单元天线为带有导体贴片的正方形辐射单元，辐射单元分上下二层，同心放置，其层间距d₂＝2.5cm，上层为寄生单元，其边宽L₂＝7cm，由位于上层的EPS泡沫上方的0.1mm厚铝箔构成；下层为激励单元，其边宽L₁＝8.4cm，由位于下层的EPS泡沫上方的0.1mm厚铝箔构成，由于两个导体贴片形成了两个谐振回路，生成两个谐振频率，通过调整频率使其互相接近，还可形成频带大大展宽的双峰谐振电路；单元天线馈电采用两个倒L带条形式，每个倒L带条的水平部分长度d＝2.5cm，宽度r＝1cm，分别由封闭结构地的通孔中引出，这两个倒L带条的水平部分相互垂直，形成空间正交的纵、横向双馈点架构，紧贴于激励单元下方，利用双馈点馈电方式便可产生两路等幅相差90°信号而实现右旋圆极化；所述的天线阵由不等功率分配馈电网络进行馈电，馈电网络处于封闭结构地内部，与馈电用倒L带条一体化连接，馈电网络的输入端通过封闭结构地的通孔与外部的MCX-J接头相连接。

所述的馈电网络采用带状线封闭结构的形成，由90°相移器和具有不同馈电线宽度的不同阻抗变换器组成，网络的一端为馈电输入端，一端为倒L带条的引出端，同时在倒L带条引出端的近距离处实现多点接触。

与现有技术相比较，本发明的优点是显而易见的，主要表现在：

(1)、用铝箔、EPS泡沫和聚乙烯发泡等低成本材料取代高成本的微波材料作基板降低了成本；

(2)、用不等功率馈电网络给单元天线馈电能获得较好的主瓣方向性，避免了辐射零点；

(3)、用带状线馈电网络抑制了微带线功分网络带来的寄生辐射对天线方向性的不利影响；

(4)、采用与馈电功分网络一体化的倒L带条馈电结构，实现了两点正交馈电和右旋圆极化，同时改进了馈电结构的加工工艺性；

(5)、采用多点接地结构实现了馈电网络阻抗的良好匹配。

附图说明

本发明有附图六幅，其中：

图1是本发明单元天线结构示意图的俯视图；

图2是本发明单元天线结构示意图的侧视图；

图3是天线阵示意图；

图4是馈电功分网络及L带条结构示意图；

图5是L带条引出通孔位置图；

图6是带状线功分网络多点接地位置图。

图中：1、激励单元，2、寄生单元，3、横向馈电倒L带条，4、纵向馈电倒L带条，5、铝箔板，7、EPS泡沫，8、馈电网络，9、MCX-J接头，10、封闭结构地，11、聚乙烯发泡，12、90°相移器，13、馈电输入端。

具体实施方式

如图1-图6所示的一种宽带全球局域网系统便携终端的天线装置，其中的单元天线主体采用双层微带结构，双层导体贴片的下层为激励单元，上层导体贴片为寄生单元。上下两层贴片均采用正方形作为辐射单元。这种单元简单、易于制造，并且具有良好的正交极化辐射特性。两层贴片同心放置，高频段天线贴片放在上层，低频段天线贴片放在下层。接收天线的贴片大于发射天线的贴片，可以作为发射天线的地。这两个导体贴片形成了两个谐振回路，具有两个谐振频率。通过选择合适的介质基板、馈电位置、贴片大小和贴片间距，可以调整这两个谐振频率，使这两个频率适当接近，从而形成频带大大展宽的双峰谐振电路。利用双馈电点馈电方式产生两路等幅相差90°信号实现右旋圆极化。两路信号由底层的馈电功分网络提供。为了避免传统的馈电端采用同轴结构的不连续性和加工的复杂性，采用新的与馈电功分网络一体的等效电流带形式(倒L带条)给下层激励单元馈电。为使天线获得较好的轴比和辐射特性，抑制传统与天线共面的馈电网络的寄生辐射对天线的影响，馈电网络采用新型带状线封闭结构，馈电电流带从缝隙中伸出，水平部分紧贴于激励单元下方。贴片单元采用0.1mm厚铝箔利用EPS泡沫支撑，下层带状线馈电功分网络介质采用聚乙烯发泡，单元天线结构具体尺寸为：L₁＝8.4cm，L₂＝7cm，d＝2.5cm，d₁＝0.5cm，d₂＝1cm，r＝1cm，h＝0.3cm。

采用六个单元天线组成天线阵以获得较高的天线增益。优化设计的天线单元之间的间距，天线阵示意见图3。为了获得较好的辐射场形，并降低副瓣电平，增大主瓣宽度，各单元天线采用带状线结构形式不等功率馈电功分网络以抑制辐射零点，从而获得较好的方向性，详细馈电功分网络示意见图4。利用与馈电功分网络一体的倒L带条对贴片单元进行激励，倒L带条在封闭的带状线结构通孔处引出，通孔位置见图5。同时为了获得良好的信号传输和阻抗匹配，采用了多点接地结构，在带状线馈电功分网倒L带条引出端的近距离处上下接地，接地位置示意见图6。

Claims

1.一种宽带全球局域网系统便携终端的天线装置，其特征在于包括一个由单元天线组成的天线阵、封闭结构地和馈电网络，其中所述的单元天线为带有导体贴片的正方形辐射单元，辐射单元分上下二层，同心放置，其层间距d₂=2.5cm，上层为寄生单元（2），其边宽L₂=7cm，由位于上层EPS泡沫（7）上方的0.1mm厚铝箔（5）构成，下层为激励单元（1），其边宽L₁＝8.4cm，由位于下层EPS泡沫（7）上方的0.1mm厚铝箔（5）构成，由于两个导体贴片形成了两个谐振回路，生成两个谐振频率，通过调整频率使其互相接近，还可形成频带大大展宽的双峰谐振电路；单元天线馈电采用两个倒L带条（3、4）的形式，每个倒L带条的水平部分长度d=2.5cm,宽度r=1cm，分别由封闭结构地（10）的通孔中引出，这两个倒L带条的水平部分相互垂直形成空间正交的纵、横向双馈点架构，紧贴于激励单元（1）下面，利用双馈点馈电方式产生两路等幅相差90°信号而实现右旋圆极化；所述的天线阵由不等功率分配馈电网络进行馈电，馈电网络处于封闭结构地内部，与馈电用倒L带条一体化连接，馈电网络的输入端通过封闭结构地的通孔与外部的MCX-J接头（9）相连接。

2.根据权利要求1所述的宽带全球局域网系统便携终端的天线装置，其特征在于所述的馈电网络采用带状线封闭结构的形式，是由90°相移器（12）和具有不同馈电线（8）宽度的不同阻抗变换器组成，网络的一端为馈电输入端（13），一端为倒L带条的引出端。

3.根据权利要求1所述的宽带全球局域网系统便携终端的天线装置，其特征在于所述的封闭结构地的聚乙烯基板的厚度h=0.3cm,其与激励单元的贴片间距d₁＝0.5cm，同时在封闭结构地内部倒L带条引出端的近距离处实现多点接地。