CN103259100A

CN103259100A - 一种波束宽度和增益连续可变的抛物面天线

Info

Publication number: CN103259100A
Application number: CN2012100362060A
Authority: CN
Inventors: 阮晓刚; 魏瑰; 彭科; 杨波; 胡丹耀
Original assignee: Chongqing Jinmei Communication Co Ltd
Current assignee: Chongqing Jinmei Communication Co Ltd
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2013-08-21

Abstract

本发明提出了一种波束宽度和增益连续可变的抛物面天线，该天线属于前馈抛物面天线，包括旋转抛物面1、馈源2、介质3。介质和馈源位于抛物面的中轴线上，介质位于抛物面和馈源辐射口之间。沿着中轴线，馈源相对于抛物面焦点的距离可调，介质相对于馈源的距离可调。本发明的有益技术效果是：通过馈源在轴线上偏焦，展宽了天线波束宽度；采用赋形介质加载，有效地改善了轴线偏焦状态下天线波束的畸变；在一副抛物面天线上，实现了天线的波束宽度和增益连续可变；可以适应在系统集成和便携等不同使用方式时对天线增益和波束的不同要求，适合在多种使用场合使用。

Description

一种波束宽度和增益连续可变的抛物面天线

技术领域

本发明涉及一种天线波束赋形技术，尤其涉及一种波束宽度和增益连续可变的抛物面天线。

背景技术

天线的增益和波束宽度是一对相互约束的性能指标。一般来说，增益越大，波束宽度越小，增益越小，波束宽度越大。天线增益越大，通信距离越远，但是较窄的波束宽度不利于站间天线的波束对准，通常需要高精度的电动云台来调整天线的通信方向。天线增益越小，通信距离越近，但是较宽的波束宽度有利于站间天线的波束对准，通常采用手动旋转天线杆的方式就可以很方便的实现，而不需要高精度的电动云台。

现有通信系统通常集成到汽车方仓中使用，在大型天线杆、电动云台的配套下使用高增益、窄波束天线；而在便携式使用时，往往因不用云台而需要使用中低增益、宽波束天线。这样，在不同使用方式中就会使用不同形式的天线，从而往往增加了系统的复杂性。

发明内容

本发明提出了一种波束宽度和增益连续可变的抛物面天线，可以适应不同使用方式对天线增益和波束的不同要求，适合在多种场合使用。

本发明的实现方案如下：一种波束宽度和增益连续可变的抛物面天线，属于前馈抛物面天线，包括旋转抛物面、馈源、介质。抛物面采用低密度的碳纤维材料制作，重量很轻。介质的材料是介电常数稳定的非金属材料，介质的形状可以是圆台、圆柱、圆锥、圆环。介质和馈源位于抛物面的中轴线上，介质位于抛物面和馈源辐射口之间。沿着中轴线，馈源相对于抛物面焦点的距离、介质相对于馈源的距离可调。

馈源位于抛物面焦点上时，馈源辐射的球面波经过抛物面的反射后到达抛物面口径面变成平面波，各个方向的馈源辐射波从焦点到口径面所经过的光程相同。此时，天线的增益最大，波束宽度最窄。当馈源沿着中轴线向靠近抛物面的方向偏焦时，馈源辐射波从偏焦点到口径面所经过的光程变小，且在抛物面中心附近的光程减小量大，在抛物面边沿的光程变化量小；此时，天线的波束宽度变大，增益变小。随着偏焦距离的加大，波束中心逐渐出现凹陷且凹陷越来越深。抛物面和馈源辐射口之间的介质，可以增大通过其中的馈源辐射波的光程；通过介质赋形，可以实现光程增大量沿抛物面中心向边沿逐渐减小，从而最大程度地补偿了馈源辐射波因为偏焦引起的光程变化。当馈源沿着中轴线向远离抛物面方向偏焦时，光程和波束也有类似的变化。

本发明的有益技术效果是：通过馈源在轴线上偏焦，展宽了天线的波束宽度；采用赋形介质加载，有效地补偿了馈源在轴向偏焦状态下辐射波的光程，大大改善了轴线偏焦状态下天线波束的凹陷；在一副抛物面天线上，实现了天线的波束宽度和增益连续可变。

附图说明

图1、本发明的结构示意图。

图2、天线无赋形介质、馈源位于焦点时的天线方向图。

图3、天线无赋形介质、馈源偏焦距离为20mm时的天线方向图。

图4、天线无赋形介质、馈源偏焦距离为40mm时的天线方向图。

图5、天线无赋形介质、馈源偏焦距离为60mm时的天线方向图。

图6、天线无赋形介质、馈源偏焦距离为70mm时的天线方向图。

图7、天线无赋形介质、馈源偏焦距离为80mm时的天线方向图。

图8、天线无赋形介质、馈源偏焦距离为90mm时的天线方向图。

图9、天线无赋形介质、馈源偏焦距离为100mm时的天线方向图。

图10、天线无赋形介质、馈源偏焦距离为110mm时的天线方向图。

图11、天线无赋形介质、馈源偏焦距离为120mm时的天线方向图。

图12、天线有赋形介质、馈源位于焦点时的天线方向图。

图13、天线有赋形介质、馈源偏焦距离为20mm时的天线方向图。

图14、天线有赋形介质、馈源偏焦距离为40mm时的天线方向图。

图15、天线有赋形介质、馈源偏焦距离为60mm时的天线方向图。

图16、天线有赋形介质、馈源偏焦距离为70mm时的天线方向图。

图17、天线有赋形介质、馈源偏焦距离为80mm时的天线方向图。

图18、天线有赋形介质、馈源偏焦距离为90mm时的天线方向图。

图19、天线有赋形介质、馈源偏焦距离为100mm时的天线方向图。

图20、天线有赋形介质、馈源偏焦距离为110mm时的天线方向图。

图21、天线有赋形介质、馈源偏焦距离为120mm时的天线方向图。

图中1.旋转抛物面，2.馈源，3.介质。

具体实施方式

针对背景技术中现有技术的不足，本发明提出了一种波束宽度和增益连续可变的抛物面天线，参见附图1，它包括抛物面1、馈源2和介质3。抛物面采用低密度的碳纤维材料制作，重量很轻。介质和馈源位于抛物面的中轴线上，介质位于抛物面和馈源辐射口之间。沿着中轴线，馈源相对于抛物面焦点的距离可调，介质相对于馈源的距离也可调。

以下选取一个实例来对本发明进行说明。天线的各参数取值为：抛物面口径为1米、焦距为375mm，介质采用聚四氟乙烯圆台，圆台两底直径分别为40mm、30mm，圆台高35mm，介质与馈源的间隙固定为5mm，介质和馈源一起相对于焦点移动，偏离焦点的范围为0～120mm，天线工作频率为4.7GHz。

图2～图11是无介质、馈源偏焦不同距离时的天线方向图。

如图2所示，馈源位于焦点上，此时天线的波束宽度最小、增益最大。

如图3、图4所示，偏焦距离不大，天线波束宽度增加，增益减小，方向图的主波束没有畸变。

如图5所示，馈源偏焦距离增大到60mm，天线方向图开始发生较大变化，主波束顶端变得平坦。

如图6～11图所示，随着馈源偏焦距离的继续加大，天线主波束的宽度继续增大，天线方向图发生畸变，主波束的顶部出现越来越大的起伏，最大达到了5dB的波动。此时，天线的实际应用已受到较大限制，并逐渐变得不可用了。

图12～图21是有介质、馈源偏焦不同距离时的天线方向图。

如图12所示，馈源位于焦点上，相对于无介质时，此时的天线波束宽度和增益有微小的变化，波束宽度增加0.5o，增益降低0.4dB。

如图13、图14所示，偏焦距离不大，天线方向图的主波束没有畸变。相对于无介质时，此时的天线波束宽度增加，增益减小。

如图15所示，馈源偏焦距离增大到60mm，介质的作用使得无介质时的平坦主波束顶端重新变得尖锐。

如图16～21图所示，随着馈源偏焦距离的继续加大，天线主波束的宽度继续增大，介质的作用使得无介质时的畸变方向图得到有效的改善，主波束的顶部的幅度起伏降低到1dB左右。此时，天线波束宽度增加到13o～22o，手动方式完全能够调节天线的通信方向；天线增益保持在20dBi左右，满足了一定的通信距离。

Claims

1.一种波束宽度和增益连续可变的抛物面天线，其特征是，该天线属于前馈抛物面天线，包括旋转抛物面、馈源、介质，介质和馈源位于抛物面的中轴线上，介质位于抛物面和馈源辐射口之间。

2.根据权利要求1所述的抛物面天线，其特征是，所述介质的材料是介电常数稳定的非金属材料，介质的形状可以是圆台、圆柱、圆锥、圆环，介质相对于馈源的距离沿着抛物面的中轴线可调。

3.根据权利要求1所述的抛物面天线，其特征是，所述馈源相对于抛物面焦点的距离沿着中轴线可调，既可向靠近抛物面的方向又可向远离抛物面的方向调节。