CN102738566B - 一种小型化三频卫星通信天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型化三频卫星通信天线，包括：分别工作于3个频段的3个辐射片(11，12，13)、馈电网络(2)和底座(3)，所述3个辐射片层叠放置，通过层压螺钉固定于所述底座(3)上；所述馈电网络(2)与层叠放置的最底层的辐射片连为一体，并分别向3个所述辐射片馈电。本发明解决了在小型化终端中天线的设计与安装问题。

Description

一种小型化三频卫星通信天线

技术领域

本发明涉及一种小型化三频卫星通信天线。

背景技术

多频天线要求在限定口径内，实现天线多频工作。多频段天线有效地提高了天线的口径效率，实现了天线同一口径的复用，在卫星通信、导航、数据传输等方面得到了广泛应用。

在卫星通信领域，随着天线泛星技术的发展，要求天线能工作在双频或多个频段，同时在限定的口径内，对天线的尺寸、重量方面等通常都提出了比较苛刻的要求。微带天线具有剖面低、重量小、共形性好等优点，通过合理的结构设计即可实现三频、多频带工作。

微带天线实现三频或多频段的技术大致可以分为多模技术、多片技术、共面多谐振器结构和电抗加载技术等等。在移动通信领域，已经出现很多宽带多频天线，如PIFA、开槽天线以及各种形式的单级子天线正在得到研究和开发。公开号为CN102005643A的《三频Koch分形环镜像偶极子天线》涉及一种偶极子天线。提供一种尺寸小、带宽大、回波损耗较低，且具有全向辐射特性的带镜像结构和对称Koch分形环以及弯折结构的三频Koch分形环镜像偶极子天线。所述三频覆盖RFID常用频段745～1067MHz、2215～2647MHz，以及移动通信的1617～1912MHz。公开号为CN101783435A的《新型三频平面倒F天线》涉及一种开槽天线，通过在矩形贴片上开L形和T形槽，得到工作于三频段的一种新型三频平面倒F天线，这种天线结构简单、容易制作，可广泛应用于无线通信技术领域。此外，还用利用多片方式实现多频段工作，公开号为CN102148426A的《一种WWAN多频天线》涉及一种WWAN多频天线，所述天线包括平行设置的第一辐射片及第二辐射片，第一辐射片上设置信号馈点及接地点、第一辐射走线；第二辐射片上设置第二辐射走线及第三辐射走线；第一辐射走线与第二辐射走线、第三辐射走线通过贯通孔实现电气连接。

但是上述天线一般应用在无线通信领域，天线增益要求较低，并不能适用于卫星通信中低增益的传输环境。

发明内容

本发明的技术解决问题是：提供了一种小型化三频卫星通信天线，解决了在小型化终端中天线的安装问题。

本发明的技术解决方案是：

一种小型化三频卫星通信天线，包括：分别工作于3个频段的3个辐射片、馈电网络和底座。

所述3个辐射片层叠放置，通过层压螺钉固定于所述底座上；

所述馈电网络与层叠放置的最底层的辐射片连为一体，并分别向3个所述辐射片馈电。

进一步的，3个所述辐射片按照层叠顺序，位于最上层的辐射片面积最小，位于最下层的辐射片面积最大。

进一步的，所述辐射片上还具有阻抗调节枝节。

进一步的，在所述底座中心安装有金属柱，所述金属柱贯穿于3个所述辐射片之间，用于对所述辐射片的接地。

进一步的，所述馈电网络对位于第一层和第二层的辐射片采用双电馈电；对位于第三层的辐射片采用单点馈电。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明通过三片层叠放置的辐射片实现了三个收发频段的工作，对天线尺寸要求较苛刻的场合，该结构可以很好地利用微带天线低剖面的特点在限定空间内提高了口径利用率。同时，所述馈电网络对三个辐射片分别馈电，提高了分频比。

(2)在各辐射片上增加了阻抗调配枝节，通过切割阻抗调配枝节将天线谐振点调节到既定工作频段，从而使天线与馈电网络能够分开进行单独的测试，易于对天线性能进行调整。

(3)所述底座设计中增加贯穿于三个辐射片间的金属柱通过对所述辐射片实现接地，减小各层天线之间的耦合，提高收发隔离度。

附图说明

图1为发明示意图；

图2为带状线耦合电桥示意图；

图3为馈电网络走线布局，图3a为馈电网络反面走线布局；图3b为馈电网络正面走线布局；

图4为辐射片阻抗调节枝节示意图。

具体实施方式

下面就结合附图对本发明做进一步介绍。

如图1所示为本发明示意图。包括3个辐射片，馈电网络2和底座3。其中，对于3个辐射片为减小天线的尺寸，选用高介电常数板材TAP-2作为天线基材，介电常数等于16。辐射片11工作于S频段；辐射片12工作于L1频段；辐射片13工作于L2频段。

3个辐射片采用上下层叠方式，馈电网络2与最底层的辐射片13粘接为一体，通过层压螺钉贯穿安装于底座3上。在底座3的中心安装有金属柱31，金属柱31贯穿于3个辐射片之中，实现了对3个辐射片的接地处理，接地后减小了各层辐射片之间的相互影响，有效地提高了收发频段的隔离度。

上述辐射片11，尺寸14.7mm×14.7mm；辐射片12，尺寸25.8mm×25.8mm；辐射片13，尺寸32.5mm×32.5mm。安装完成后，整个天线尺寸50mm×50mm×10mm，重量小于40g。

工作在三个不同频段的辐射片单点馈电和双点馈电相结合的方式向馈电网络2进行馈电，因此可实现较大的分频比。辐射片11和辐射片12采用双点馈电，在宽频段范围内幅度、相位一致性好，网络损耗小；辐射片13采用单点馈电，对于较窄的频段，单点馈电结构简单，无需为馈电网络分配多余空间。此双点馈电与单点馈电相结合的方式充分了利用有限空间，减小了天线的尺寸。

所述馈电网络2采用带状线形式，结构紧凑，宽带幅相一致性好。馈电网络采用耦合电桥，其耦合度可以任意设计，带状线耦合电桥示意图如图2所示，作为输入的第一端口是匹配的，而第四端口是隔离的，第二端口是直通端口，第三端口是耦合端口。耦合电桥在第一端口处偶模和奇模输入阻抗可以表示为：

$Z_{\mathrm{in}}^e=Z_{0e}\frac{Z_0+j{Z}_{0e}\tan \mathrm{\θ}}{Z_{0e}+j{Z}_0\tan \mathrm{\θ}},$ $Z_{0e}=Z_0\sqrt{\frac{1+C}{1-C}}$

$Z_{\mathrm{in}}^o=Z_{0o}\frac{Z_0+j{Z}_{0o}\tan \mathrm{\θ}}{Z_{0o}+j{Z}_0\tan \mathrm{\θ}},$ $Z_{0e}=Z_0\sqrt{\frac{1-C}{1+C}}$

其中为输入端口偶模输入阻抗，为输入端口奇模输入阻抗，Z_0e和Z_0o为偶模和奇模特性阻抗，Z₀为终端负载阻抗，C为电压耦合系数，θ为耦合带线相位。若终端特征阻抗Z₀和电压耦合系数C设定后，可根据上式推导出设计所需的偶模和奇模特征阻抗。

对应双点馈电的形式，将输入信号分为两路等幅、相位依次相差90度的输入信号。其中耦合带线由两段长度为1/4导波波长的传输线组成，每段耦合线与一个输入、输出端口相连。在馈电网络2输出端口端接50欧姆负载的情况下，耦合段传输线的特性阻抗依次为70.7欧姆，输入功率等功分至两个输出端口且输入端口匹配至50欧姆。如图3a所示，馈电网络第一输入口和馈电网络第二输入口为辐射片11的馈电输入口；馈电网络第第三输入口和馈电网络第四输入口为辐射片12的馈电输入口；如图3b所示，馈电网络第五输入口为辐射片13的馈电输入口，该辐射片采用单点馈电；

进一步如图4，考虑到高介电常数基板的影响，为了便于天线和馈电网络的调试，在各辐射片上增加了阻抗调配枝节，将天线谐振输入阻抗调整到50欧姆，从而使天线与馈电网络能够分开进行单独的测试，易于对天线性能进行调整。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (3)

1.一种小型化三频卫星通信天线，包括：底座(3)，其特征在于，还包括：分别工作于3个频段的3个辐射片(11，12，13)和馈电网络(2)，

所述3个辐射片层叠放置，通过层压螺钉固定于所述底座(3)上；

所述3个辐射片层叠放置，通过层压螺钉固定于所述底座上；

所述馈电网络(2)与层叠放置的最底层的辐射片连为一体，并分别向3个所述辐射片馈电；

所述馈电网络(2)对位于第一层和第二层的辐射片(11，12)采用双电馈电；对位于第三层的辐射片(13)采用单点馈电，单点馈电和双电馈电相结合的方式向馈电网络(2)进行馈电，实现较大的分频比，且双点馈电与单点馈电相结合的方式充分利用了有限空间，减小了天线尺寸；

3个所述辐射片按照层叠顺序，位于最上层的辐射片(11)面积最小，位于最下层的辐射片(13)面积最大，即为金字塔式层叠；

所述馈电网络(2)采用带状线形式，结构紧凑，宽带幅相一致性好，馈电网络采用耦合电桥，耦合度任意，作为输入的第一端口是匹配的，而第四端口是隔离的，第二端口是直通端口，第三端口是耦合端口，对应双点馈电的形式，将输入信号分为两路等幅、相位依次相差90度的输入信号，耦合带线由两段长度为1/4导波波长的传输线组成，每段耦合线与一个输入、输出端口相连，在馈电网络(2)输出端口端接50欧姆负载的情况下，耦合段传输线的特性阻抗依次为70.7欧姆，输入功率等功分至两个输出端口且输入端口匹配至50欧姆，馈电网络第一输入口和馈电网络第二输入口为辐射片(11)的馈电输入口；馈电网络第三输入口和馈电网络第四输入口为辐射片12的馈电输入口。

2.如权利要求1所述的一种小型化三频卫星通信天线，其特征在于：所述辐射片上还具有阻抗调节枝节。

3.如权利要求1所述的一种小型化三频卫星通信天线，其特征在于：所述底座(3)中心安装有金属柱(31)，所述金属柱(31)贯穿于3个所述辐射片之间，用于对所述辐射片的接地，同时减小各层天线之间的耦合，提高收发隔离度。