CN101257147A - 蝶形空气微带天线 - Google Patents
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Abstract
一种蝶形空气微带天线，用于通信技术领域，包括：输入输出端口，同轴馈电单元，蝶形辐射单元，镜像单元，上下介质板和接地单元，蝶形辐射单元位于上介质板一面，与同轴馈电单元内芯相接，镜像部分位于上介质板的另一面，与同轴馈电单元的外导体相接，接地单元位于下介质板的一面，与同轴馈电单元的外导体相接，输入输出端口与蝶形辐射单元位于接地单元的两侧。本发明能够有效地达到通信天线增益与交叉极化要求，并且是一种体积小，结构简单，易组阵的宽带天线。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种通信技术领域的天线，具体是一种用于卫星地面接收的蝶形空气微带天线。
背景技术
我国广播电视事业带动了卫星广播的迅速发展。对于幅员辽阔、地理环境多样的中国，卫星通信有着非常广阔的应用前景。常规的卫星接收天线中，主要是以中心馈电式抛物面天线为主。为解决效率和旁瓣的矛盾，兴起了偏置馈电抛物面天线。尽管这种天线有频率特性好、效率高的优点，但由于容易受到风、雨、雪等外界环境因素影响导致天线性能下降。而抛物面天线不仅体积大、重量沉、造价高、而且调整困难。以上在移动通信中更是难以应用。平面天线可采用微带天线结构，它在介质基板上制成大量天线辐射单元，这种微带平面阵列天线具有厚度薄、风阻小、重量轻、成本低等优点，但是传统微带天线组成阵列往往增益不高，结构不稳定，且交叉极化不易控制，在严格的卫星通信系统标准中差强人意。因此，研究出一种高增益，低交叉极化，高效率的天线成为卫星通信天线中的热点之一。
经对现有技术的文献检索发现，专利申请号200420046114.1，专利名称为：一种空气微带耦合馈电贴片天线，专利公开号CN2703335，该天线的辐射部分与微带馈电网络位于接地板的同侧，减小了增益，也不利于交叉极化的控制，而且采用了空气耦合的方式来馈电，效率不高，难以提高天线阵列的增益。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种高效率、高增益、宽带的蝶形空气微带天线，使其为在要求的波段范围内阵列天线组成提供了一种性能优异的单元，同时该蝶形天线具有体积相对较小，结构简明，易于组阵的优点。
本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明包括：输入输出端口、同轴馈电单元、蝶形辐射单元、镜像单元、上下两块介质板和接地单元。蝶形辐射单元位于上介质板一面，与同轴馈电单元内芯相接，镜像单元位于上介质板的另一面，与同轴馈电单元的外导体相接，接地单元位于下介质板的一面，与同轴馈电单元的外导体相接，输入输出端口与蝶形辐射单元位于接地单元的两侧。
所述的上下两块介质板指的是整个天线的侧面结构由上至下的两块介质板。介质板间使用同轴线相连接。接地单元覆盖于下介质板的一面，并位于两介质板间。接地单元与上介质板间为空气。
所述的蝶形辐射单元位于上介质板上，与下介质板异侧，其尺寸是根据阻抗最优匹配原则及微带天线理论算得的。它与同轴馈电单元内芯相连，与接地单元相距约
λg为工作波长(下同)，以达到增强辐射的效果。
所述的镜像单元是一个矩形微带贴片，位于上介质板与辐射单元不同的一面。并且与馈电的同轴线外导体相连接。镜像单元、蝶形辐射单元和同轴馈电单元形成一个偶极子结构。
所述的蝶形辐射单元、镜像单元和接地单元均为导体，接地单元和输入输出端口的外导体相连接。
所述的介质板为低介电常数微波板。
本发明与现有发明相比较：现有的平面卫星通信天线主要为传统天线，使用矩形贴片天线来进行组阵，增益有限，且交叉极化相对较高，带宽也较小，若为了提高带宽与增益，使用电磁耦合的空气微带天线，则总体效率低，难以得到更高增益的天线阵列。本发明的优势在于使用被公认最直接的激励结构-同轴背馈以提高整体效率，并且馈电位于接地板后面，与天线分别位于接地板的两侧，最大限度减小了馈电辐射对天线的影响，并且为天线组阵带来便利，为天线与馈电独立设计提供可能性。
本发明辐射单元由偶极子天线组成，它与接地板的距离接近为
使得本来增益较小的偶极子天线增益得到大幅度提升。而且蝶形的结构不但拓展了带宽，其不规则的斜边极大减小了组阵后的交叉极化。
本发明天线具有相对较小的尺寸，结构简明、易于组阵，具有高增益，宽带的优点。仿真表明，单个天线的增益在7dB以上，通过增大接地单元面积，则增益达到8dB以上，组成32阵列后增益22dB以上，效率约90％，而普通微带天线阵列效率在50％左右。
附图说明
图1是本发明蝶形空气微带天线的三维结构示意图
图2是本发明蝶形空气微带天线的侧面结构示意图
图3是本发明蝶形空气微带天线的正面结构示意图
图4是本发明蝶形空气微带天线的仿真S参数曲线图
图5是本发明蝶形空气微带天线的仿真E面方向图
图6是本发明蝶形空气微带天线32阵元组成阵列正面图。
图7是本发明蝶形空气微带天线32阵元组成阵列后实测的H面方向图
图8是本发明蝶形空气微带天线32阵元组成阵列后实测的E面方向图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1-3所示，本实施例包括输入输出端口1、同轴馈电单元2、蝶形辐射单元3、镜像单元4、上介质板5、下介质板6、接地单元7。蝶形辐射单元3位于上介质板5一面，与同轴馈电单元2内芯相接，镜像单元4位于上介质板5的另一面，与同轴馈电单元2的外导体相接，接地单元7位于下介质板6的一面，与同轴馈电单元2的外导体相接，输入输出端口1与蝶形辐射单元3位于接地单元7的两侧。
本实施例中，输入输出端口1与蝶形辐射单元3位于接地单元7的两侧，这样的结构是为了最大限度减少馈线与天线间的耦合。在组成阵列天线时，馈电网络可独立地在接地单元的一侧进行设计而不会影响辐射单元。
所述同轴馈电单元2位于上介质板5、下介质板6间，其外导体与下介质板6上的接地单元7相连接。
所述蝶形辐射单元3，其形状为一蝶形，蝶形辐射单元3与同轴馈电单元2的内芯的连接处靠近蝶形边缘。蝶形辐射单元与接地单元7相距约为1/4λg，镜像单元4与蝶形辐射单元3位置相对。
本实施例中，使用的介质板为介电常数为2.65的微波板。
图4是本发明蝶形空气微带天线的仿真S参数曲线图，在12G-13GHz内驻波比小于1.5，非常易于阻抗匹配。
图5是本发明蝶形空气微带天线的仿真E面方向图，它的增益为7.2dB.若进一步扩大接地单元7的面积，则增益可大于8dB.
图6是本发明蝶形空气微带天线32阵元组成阵列正面图，上面的圆孔是为了焊接方便而开的工艺孔。
图7是本发明蝶形空气微带天线32阵元组成阵列后实测的H面方向图
图8是本发明蝶形空气微带天线32阵元组成阵列后实测的E面方向图，增益为22.5dB.
本实施例的工作过程为：所述的蝶形辐射单元由一个等腰梯形贴片组成，其上底为3mm，下底8mm，高4mm，所述的镜像单元为长8mm，宽4mm的矩形贴片，所述的输入输出端口1外接信号源，外加的激励信号通过同轴馈电单元2传输到蝶形辐射单元3，然后通过蝶形辐射单元3向周围空间辐射出去，实现无线通信的功能。在组成32单元阵列天线时，在下介质板异于接地单元的一侧设计相应的微带馈电网络，通过该网络把能量分配到各辐射单元并辐射出去。
按本发明制作的样本。经测试，技术指标如下：
中心频率：12.25GHz；
天线带宽：＞500MHz；
天线增益：22.2～22.8dB；
极化方式：线极化；
口径面积：15cm*8cm。
Claims (6)
1.一种蝶形空气微带天线，包括：输入输出端口、同轴馈电单元、蝶形辐射单元、镜像单元、上介质板、下介质板和接地单元，其特征在于，蝶形辐射单元位于上介质板一面，与同轴馈电单元内芯相接，镜像单元位于上介质板的另一面，与同轴馈电单元的外导体相接，接地单元位于下介质板的一面，与同轴馈电单元的外导体相接，输入输出端口与蝶形辐射单元位于接地单元的两侧。
2、根据权利要求1所述的蝶形空气微带天线，其特征是，所述的上下介质板间使用同轴线相连接，接地单元覆盖于下介质板的一面，并位于上介质板、下介质板间。
3、根据权利要求1或者2所述的蝶形空气微带天线，其特征是，所述的接地单元与上介质板间为空气。
4、根据权利要求1所述的蝶形空气微带天线，其特征是，所述的蝶形辐射单元与下介质板异侧，它与接地单元相距
λg为工作波长。
5、根据权利要求1所述的蝶形空气微带天线，其特征是，所述的镜像单元与辐射单元位置相对，组成偶极子结构。
6、根据权利要求1所述的蝶形空气微带天线，其特征是，所述的蝶形辐射单元、镜像单元和接地单元均为导体。
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