CN102891360A - 一种宽频带小型化双旋圆极化天线 - Google Patents

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本发明公开了一种满足宽频带小型化通信设备使用要求的双旋圆极化天线，包括上层辐射贴片1、下层辐射贴片2、开有耦合缝隙的地板3、馈电网络4、介质基板5、介质螺钉6和底座7；上层辐射贴片1采用介质耦合馈电，下层辐射贴片2采用开有耦合缝隙的地板3耦合馈电；上层辐射贴片1和下层辐射贴片2之间以及下层辐射贴片2和地板3之间均采用介质基板5支撑；馈电网络4位于地板3之下，采用带状线形式。本发明通过介质耦合馈电形成双调谐特性，进一步展宽天线阻抗带宽和轴比带宽，在限定空间内提高了口径利用率。同时，通过H形缝隙介质耦合馈电，有效地展宽了天线的带宽，减小了天线的结构尺寸。

Description

一种宽频带小型化双旋圆极化天线
技术领域
本发明属于天线技术领域，特别涉及一种满足宽频带小型化通信设备使用要求的天线。
背景技术
小型化宽带天线要求在较小的限定口径内，实现天线的宽频带工作。小型化宽带天线有效地提高了天线的口径效率，展宽了天线的阻抗带宽和轴比带宽，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，要求天线能工作在宽频带甚至多个频段，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宽频带和多频带工作。
微带天线实现宽带、多频带技术通常有降低等效谐振电路Q值、附加寄生贴片、采用电磁耦合馈电、附加阻抗匹配网络等等。在移动通信领域，已经出现很多宽带、多频带天线，如层叠天线、各种形式的单级子以及螺旋天线正在得到研究和开发。中国专利“一种三频双圆极化GPS微带贴片天线的设计”(申请号：CN200710099068.X)涉及一种多频带层叠天线。该微带天线由圆台金属底座，馈电网络和层叠贴片构成。层叠贴片由下到上分别为下层贴片，中层贴片和上层贴片，分别谐振3个频段。此款天线为三频窄带天线，相对带宽不超过15％。中国专利“有良好低仰角性能的双频宽波束圆极化天线”(申请号：CN200520079254.3)公开了一种双频单级子天线，这种天线主要由有源倒L型单极子和接地板构成，该有源倒L型单极子均布在接地板的圆周上，并依次按0°、90°、180°、270°相位关系设置馈电，组成馈电网络。虽然这种天线具有低仰角性能好，频带宽等优点。这种天线不属于微带天线，尺寸和重量较大。中国专利“双频带双圆极化背射螺旋天线”(申请号：CN200710176522.7)公开了一种宽带螺旋天线，所述天线由高频圆极化天线组件、低频圆极化天线组件和反射腔组件组成；高频圆极化天线组件包括高频馈电组件和高频初级辐射器；低频圆极化天线组件包括低频馈电组件和低频初级辐射器；高、低频初级辐射器均由金属螺旋线缠绕在螺旋线介质支撑上形成；天线的接收和发射分别工作于两个不同的频带，双圆极化天线的两个极化相互正交，增加了两个频段之间的极化隔离，提高了系统的整体性能。这种天线不属于微带天线，且天线相对尺寸较大，一般来说，腔体直径为四分之三波长，腔体深度为四分之一波长，这样如果用于GPS导航频段的天线直径有170mm左右。
发明内容
本发明的目的是：克服现有技术的不足，提供一种具有宽带辐射特性、结构尺寸小、重量轻、满足弹载/机载小型化终端使用要求、同时天线性能便于调整的宽频带小型化双旋圆极化天线。
本发明的技术解决方案是：一种宽频带小型化双旋圆极化天线，包括上层辐射贴片、下层辐射贴片、开有耦合缝隙的地板、馈电网络、介质基板、介质螺钉和底座；上层辐射贴片采用介质耦合馈电，下层辐射贴片采用开有耦合缝隙的地板耦合馈电；上层辐射贴片和下层辐射贴片之间以及下层辐射贴片和地板之间均采用介质基板支撑；馈电网络位于地板之下，采用带状线形式。
所述地板上的耦合缝隙为H形、哑铃形或矩形。
所述地板上的耦合缝隙为H形。
所述馈电网络为3dB带状线耦合电桥。
所述上层辐射贴片、下层辐射贴片、介质基板和馈电网络之间采用介质螺钉与底座固定。
所述上层辐射贴片上开有阻抗调配枝节。
本发明与现有技术相比的优点在于：
1.本发明采用两层辐射片层叠放置，通过介质耦合馈电形成双调谐特性，进一步展宽天线阻抗带宽和轴比带宽，在限定空间内提高了口径利用率。
2.本发明通过两个正交H形缝隙介质耦合馈电，有效地展宽了天线的带宽，同时减小了天线的结构尺寸。本发明的天线尺寸可以达到50mm×50mm×15mm，重量小于50g，相对带宽大于30％。
3.本发明的馈电网络采用耦合带状线形式，结构尺寸小，宽带一致性好，90°耦合电桥形成两路幅度相等，相位依次相差90°的信号，满足双旋圆极化天线馈电的要求。
4.本发明在各层天线上增加阻抗调配枝节，将天线谐振输入阻抗调整到50欧姆，从而使天线独立于馈电网络进行调试和测试，易于对天线谐振点进行调整。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的侧视局部剖面图；
图3为开有H形耦合缝隙的地板的顶视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
如附图1、2所示，本发明的一种宽频带小型化双旋圆极化天线，包括上层辐射贴片1、下层辐射贴片2、开有耦合缝隙的地板3、馈电网络4、介质基板5、介质螺钉6和底座7。上层辐射贴片1采用介质耦合馈电，下层辐射贴片2采用开有耦合缝隙的地板3耦合馈电；上层辐射贴片1和下层辐射贴片2之间以及下层辐射贴片2和开有耦合缝隙的地板3之间均采用介质基板5支撑。
地板3上的耦合缝隙可以为H形、哑铃形或矩形。H形的缝隙结构相比于同尺寸的哑铃形或矩形缝隙可以更多地耦合到上层辐射贴片1，辐射能量更多，有效提高天线增益，展宽天线带宽。本实施例中的耦合缝隙为两个正交的H形。两个正交H形缝隙组成的耦合缝隙，分别用微带线进行馈电，可分别产生水平极化波和垂直极化波，易于实现天线圆极化。
如图3所示为本实施例中H形耦合缝隙的顶视图。耦合天线通过在地板上开槽，由微带线馈电，与上层辐射贴片1耦合辐射电磁波。
本发明的馈电网络4位于地板3之下，采用带状线形式，为两层结构。具有馈电结构紧凑，损耗小、宽带一致性好等优点。本实施例中的馈电网络4采用3dB带状线耦合电桥，将输入信号分为两路等幅、相位依次相差90度的信号。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。
本实施例的两层辐射片1、2、介质基板5和馈电网络4之间采用介质螺钉6与底座7固定。由于天线尺寸的限制，这里采用聚四氟乙烯介质螺钉，可以减小金属螺钉对天线辐射特性的影响。
考虑到介电常数基板的影响，为了便于上层辐射贴片1、下层辐射贴片2和馈电网络4的调试，上层辐射贴片1、下层辐射贴片2以及馈电网络4单独加工装配。上层辐射贴片1上增加阻抗调配枝节1a，根据工程经验，由于板材的介电常数难免有误差，增加阻抗调配枝节1a可以在天线加工完毕后将天线谐振输入阻抗调整到50欧姆，从而使天线独立于馈电网络4进行调试和测试，易于对天线的谐振点和圆极化特性进行调整。如图2，为了输出信号，在底座7接有两个出口，右旋圆极化出口8a产生右旋圆极化波，左旋圆极化出口8b产生左旋圆极化波。
经测量，本实施例的天线尺寸50mm×50mm×15mm，重量小于50g，相对带宽大于30％。各项指标满足设计要求，明显优于原有技术。
当然，对本发明的各组成部件、位置关系及连接方式在不改变其功能的情况下，进行的等效变换或替代，也落入本发明的保护范围。
本发明说明书未公开的技术属本领域公知技术。

Claims (6)

1.一种宽频带小型化双旋圆极化天线，其特征在于：包括上层辐射贴片(1)、下层辐射贴片(2)、开有耦合缝隙的地板(3)、馈电网络(4)、介质基板(5)、介质螺钉(6)和底座(7)；上层辐射贴片(1)采用介质耦合馈电，下层辐射贴片(2)采用开有耦合缝隙的地板(3)耦合馈电；上层辐射贴片(1)和下层辐射贴片(2)之间以及下层辐射贴片(2)和地板(3)之间均采用介质基板(5)支撑；馈电网络(4)位于地板(3)之下，采用带状线形式。
2.根据权利要求1的一种宽频带小型化双旋圆极化天线，其特征在于：所述地板(3)上的耦合缝隙为H形、哑铃形或矩形。
3.根据权利要求2的一种宽频带小型化双旋圆极化天线，其特征在于：所述地板(3)上的耦合缝隙为H形。
4.根据权利要求1或2的一种宽频带小型化双旋圆极化天线，其特征在于：所述馈电网络(4)为3dB带状线耦合电桥
5.根据权利要求1或2的一种宽频带小型化双旋圆极化天线，其特征在于：所述上层辐射贴片(1)、下层辐射贴片(2)、介质基板(5)和馈电网络(4)之间采用介质螺钉(6)与底座(7)固定。
6.根据权利要求1或2的一种宽频带小型化双旋圆极化天线，其特征在于：所述上层辐射贴片(1)上开有阻抗调配枝节1a。
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