CN103531892A - 一种低轮廓高增益平板天线及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低轮廓高增益平板天线，包括辐射层、耦合层和馈电层；所述辐射层为缝隙辐射层：在所述辐射层上设置有辐射缝，所述辐射缝的长度为Ku波段平均波长的二分之一。所述馈电层包括多个馈电单元，所述单个馈电单元与所述耦合单元相对应，所述单个馈电单元包括馈电波导和功分器，采用波导T分支匹配方式，在馈电波导的接头处设置一个电容性阻台阶。本发明所述的低轮廓高增益平板天线，其天线效率提高到85%以上，所述天线的整体厚度减小到21mm左右。在保证天线高效率的基础上，大大减小了天线的厚度，使得平板天线的体积更小，质量更轻。本发明所述的低轮廓高增益平板天线具有低轮廓，高效率等特性。

Description

一种低轮廓高增益平板天线及应用

技术领域

本发明涉及一种低轮廓高增益平板天线及应用，属于通信平板天线的技术领域。

背景技术

平板天线凭借着尺寸小、重量轻、效率高和容易安裝等优势被越来越多的应用于高效能的卫星、飞机、行动通信手机中。平板天线的频宽比较窄，窄频宽传送机密材料非常适合于国家机密或军事应用，而且平板天线易和高频前端模组结合，很适合应用于无线行动通讯系统中。虽然平板天线的辐射效率要远高于其他形式的天线，但是现今市面常用的平板天线的效率为75%～80%之间，厚度也比较大：一般在28mm以上，其效率和便携性都存在不足。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种低轮廓高增益平板天线。

本发明还提供一种上述低轮廓高增益平板天线在高清电视接收系统中的应用。

本发明的技术方案如下：

一种低轮廓高增益平板天线，包括辐射层、耦合层和馈电层；所述辐射层为缝隙辐射层：在所述辐射层上设置有辐射缝，所述辐射缝的长度为Ku波段平均波长的二分之一。所述的辐射缝为在辐射层上面开凿的许许多多的排列有序的裂缝，所述的辐射缝相当半波振子辐射单元。

根据本发明优选的，所述低轮廓高增益平板天线为厚度为19-22mm。

根据本发明优选的，所述辐射层、耦合层和馈电层通过定位孔、连接孔和螺钉匹配顺序固定安装。

根据本发明优选的，所述辐射缝的缝长为11-13mm，所述辐射缝的缝宽为1.7-2.2mm。

根据本发明优选的，所述辐射缝横向排列在所述辐射层的表面，在相邻排的辐射缝之间设置有耦合栅。此处涉及耦合栅的目的在于：减小辐射缝之间的电磁耦合。

根据本发明优选的，在所述耦合层上设置有多个耦合单元，其中单个耦合单元包括四个耦合腔。所述耦合腔负责将辐射层的各个辐射缝吸收来的信号通过各个对应耦合腔耦合到馈电层。

根据本发明优选的，所述馈电层包括多个馈电单元，所述单个馈电单元与所述耦合单元相对应，所述单个馈电单元包括馈电波导和功分器，采用波导T分支匹配方式，在馈电波导的接头处设置一个电容性阻台阶。所述的电容性阻台阶的作用在于：抵消不匹配而引入的电抗，同时引导电磁波传导方向。

根据本发明优选的，所述的馈电波导尺寸为a=13.2mm,b=6.6mm。本发明采用非标准波导，而用尺寸a=13.2mm,b=6.6mm来代替一般的BJ120波导。

根据本发明优选的，所述电容性阻台阶的边长为b=6.6mm，在所述电容性阻台阶的一角设置有切角，所述切角的半径为r_turn=1.3-1.8mm。

如上述的一种低轮廓高增益平板天线的应用：用于接收高清电视信号，在接收高清电视节目时，辐射层的各个缝隙辐射元吸收来电信号，通过谐振腔产生谐振，然后通过耦合层耦合到波导馈电层，馈电层将接收的卫星射频信号通过低噪声放大器放大，分离，下变频为中频信号，再解调成基带信号，经机顶盒解码后将视频音频信号传输到高清电视终端显示器来接收高清节目。

本发明的优势在于：

1、本发明所述的低轮廓高增益平板天线，其天线效率提高到85%以上，所述天线的整体厚度减小到21mm左右。在保证天线高效率的基础上，大大减小了天线的厚度，使得平板天线的体积更小，质量更轻。

2、本发明所述的低轮廓高增益平板天线具有低轮廓，高效率等特性：

（1）本发明所述的低轮廓高增益平板天线采用非标准波导来代替KU波段常用的的BJ120波导来传输信号，在保证天线高效率的基础上，大大减小了天线的厚度，使得平板天线的体积更小，质量更轻。

（2）本发明所述的低轮廓高增益平板天线经大量的实验研究，确定并采用具体结构和尺寸的辐射层、耦合层和馈电层，保证该天线完全的同相馈电，天线驻波比好,具有较高的辐射效率。

附图说明

图1是本发明的低轮廓高增益平板天线示意图；

图2是本发明辐射层的结构示意图；

图3是本发明耦合层的耦合单元；

图4是本发明所述馈电层的馈电单元；

图5是本发明的电容性阻台阶的尺寸示意图；

图6是本发明的波导尺寸示意图；

图7是现有BJ120标准波导的尺寸示意图；

图8是本发明所述低轮廓高增益平板天线的电压驻波比的仿真与测试图；

在图1-6中，1、辐射层；2、耦合层；3、馈电层；4、定位孔；5、连接孔；6、辐射缝；7、耦合栅；8、耦合腔；9、馈电波导；10、功分器；11、波导口；12、电容性阻台阶；13、电容性阻台阶的一角设置的切角；a、b分别为馈电波导尺寸。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。

如图1-7所示。

实施例1、

一种低轮廓高增益平板天线，包括辐射层1、耦合层2和馈电层3；所述辐射层1为缝隙辐射层：在所述辐射层1上设置有辐射缝6，所述辐射缝6的长度为Ku波段平均波长的二分之一。

实施例2、

如实施例1所述的一种低轮廓高增益平板天线，其区别在于，所述低轮廓高增益平板天线为厚度为19-22mm。

实施例3、

如实施例1、2所述的一种低轮廓高增益平板天线，其区别在于，所述辐射层1、耦合层2和馈电层3通过定位孔4、连接孔5和螺钉匹配顺序固定安装。

所述辐射缝6的缝长为11-13mm，所述辐射缝6的缝宽为1.7-2.2mm。

在所述耦合层2上设置有多个耦合单元，其中单个耦合单元包括四个耦合腔8。

所述馈电层3包括多个馈电单元，所述单个馈电单元与所述耦合单元相对应，所述单个馈电单元包括馈电波导9和功分器10，采用波导T分支匹配方式，在馈电波导9的接头处设置一个电容性阻台阶12。

所述的馈电波导9尺寸为a=13.2mm,b=6.6mm。

所述电容性阻台阶12的边长为b=6.6mm，在所述电容性阻台阶12的一角设置有切角13，所述切角13的半径为r_turn=1.3-1.8mm。

实施例4、

如实施例1-3所述的一种低轮廓高增益平板天线，其区别在于，所述辐射缝6横向排列在所述辐射层1的表面，在相邻排的辐射缝6之间设置有耦合栅7。

实施例5、

如实施例1-4所述的一种低轮廓高增益平板天线的应用：用于接收高清电视信号，在接收高清电视节目时，辐射层的各个缝隙辐射元吸收来电信号，通过谐振腔产生谐振，然后通过耦合层耦合到波导馈电层，馈电层将接收的卫星射频信号通过低噪声放大器放大，分离，下变频为中频信号，再解调成基带信号，经机顶盒解码后将视频音频信号传输到高清电视终端显示器来接收高清节目。

其中表1为本发明所述低轮廓高增益平板天线与现有相同尺寸平板天线的各类工况参数表。表1

结合图8电压驻波比可知，本发明所述的低轮廓高增益平板天线驻波比低于1.26，功率传输效率达到98.3%以上，突出显示了本发明平板天线辐射效率高的特性。

Claims (10)

1.一种低轮廓高增益平板天线，包括辐射层、耦合层和馈电层；所述辐射层为缝隙辐射层：在所述辐射层上设置有辐射缝，所述辐射缝的长度为Ku波段平均波长的二分之一。

2.根据权利要求1所述的一种低轮廓高增益平板天线，其特征在于，所述低轮廓高增益平板天线为厚度为19-22mm。

3.根据权利要求1所述的一种低轮廓高增益平板天线，其特征在于，所述辐射层、耦合层和馈电层通过定位孔、连接孔和螺钉匹配顺序固定安装。

4.根据权利要求1所述的一种低轮廓高增益平板天线，其特征在于，所述辐射缝的缝长为11-13mm，所述辐射缝的缝宽为1.7-2.2mm。

5.根据权利要求4所述的一种低轮廓高增益平板天线，其特征在于，所述辐射缝横向排列在所述辐射层的表面，在相邻排的辐射缝之间设置有耦合栅。

6.根据权利要求1所述的一种低轮廓高增益平板天线，其特征在于，在所述耦合层上设置有多个耦合单元，其中单个耦合单元包括四个耦合腔。

7.根据权利要求1所述的一种低轮廓高增益平板天线，其特征在于，所述馈电层包括多个馈电单元，所述单个馈电单元与所述耦合单元相对应，所述单个馈电单元包括馈电波导和功分器，采用波导T分支匹配方式，在馈电波导的接头处设置一个电容性阻台阶。

8.根据权利要求7所述的一种低轮廓高增益平板天线，其特征在于，所述的馈电波导尺寸为a=13.2mm,b=6.6mm。

9.根据权利要求7所述的一种低轮廓高增益平板天线，其特征在于，所述电容性阻台阶的边长为b=6.6mm，在所述电容性阻台阶的一角设置有切角，所述切角的半径为r_turn=1.3-1.8mm。

10.如实施例1-9所述的一种低轮廓高增益平板天线的应用：用于接收高清电视信号，在接收高清电视节目时，辐射层的各个缝隙辐射元吸收来电信号，通过谐振腔产生谐振，然后通过耦合层耦合到波导馈电层，馈电层将接收的卫星射频信号通过低噪声放大器放大，分离，下变频为中频信号，再解调成基带信号，经机顶盒解码后将视频音频信号传输到高清电视终端显示器来接收高清节目。

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