CN104319463B - 一种双谐振圆极化短背射c波段天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双谐振圆极化短背射C波段天线，采用多功能寄生耦合阵列方式；反射腔体为一端封闭的圆筒形结构，天线基片位于反射腔体内底部，天线基片中心部位刻蚀有方形切角的天线阵元，多个寄生阵子沿天线阵元周向均布；反射腔体实现天线定向能量汇聚辐射作用，寄生阵子实现电磁耦合，固定支撑及定位天线基片的作用。反射板与反射腔体敞开端固连，反射板中心处贴附有圆形反射片，且与天线阵元平行相对；射频连接件位于反射腔外端中心部位,射频连接件一端与电缆固连,另一端穿过反射腔体与天线阵元相连接。圆极化短背射C波段天线结构简单，具有主瓣宽、副瓣低，便携小型化的特点；适用于对星通讯、导航通讯及地面抗干扰通讯。
Description
技术领域
本发明属于雷达天线技术领域，具体地说，涉及一种双谐振圆极化短背射C波段天线。
背景技术
目前，在对星数据通信传输及地面抗干扰通信系统其前端天线多以圆极化天线形式，如螺旋辐射天线、阿基米德螺旋天线等为主。这些天线往往存在天线尺寸较大，天线馈电系统匹配复杂，天线加工成本较高。在机载、高速列车等移动通信领域中以及高精度测向系统中为了扩展通信距离，抑制地面通信的多径干扰问题，同时也要满足小型化、制作安装简便等特性；新的圆极化、定向辐射，满足多频点及宽频带、低副瓣,具有较高增益的天线的设计日趋重要。螺旋辐射天线实际上是一种螺旋天线，当螺旋直径与工作波长之比在0.25～0.46倍的关系时螺旋天线呈现出圆极化定向辐射。螺旋天线属于行波天线一种,具有良好的圆极化辐射特性，但其要求具有较大的安装空间，并且其加工工艺较为复杂，馈电匹配也需优化调整。阿基米德螺旋天线属于平面螺旋圆极化天线的一种,且其工作频带较宽，但其在应用过程中需要设计复杂的馈电网络系统，限制了它的应用。
对于短背射天线H.W.Ehrenspeck在《The short-backfire antenna》(H.W.Ehrenspeck,The short-backfire antenna,”roc.IEEE,vol.53,no.6,pp.1138–1140,Aug.1965.)中所述，由一个反射器和半波振子组成。但是，普通的短被射天线在制作时不宜加工实现，尤其是在天线尺寸过大，加工、安装、调试都不方便，极大地限制了该天线的使用范围。
D.Gray与H.Tsuji在《Short backfire antenna with microstrip Clavin feed》(D.ray H.Tsuji，“Short backfire antenna with microstrip Clavin feed”，IETMicrowave,Antennas &Propagation,2009,Vol.3,ISS.8,pp.1211–1217)中提出了一种L波段，基于倾斜寄生耦合线技术的宽带圆极化短背射天线。但是在文献中仅仅是对于短背射天线中的寄生元的作用进行了原理性的探讨，其倾斜耦合线的倾斜角度及安装固定方式很难满足简单，坚固，耐用的工程实际设计要求，且其设计中通过一根支撑杆安装固定反射片的方式对于天线的辐射和馈电及安装造成影响，更不便于工程应用。
发明内容
为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种双谐振圆极化短背射C波段天线；采用多功能寄生耦合阵列方式，具有主瓣宽、副瓣低，结构简单，便携小型化，双工作频点工作的特点，适用于对星通讯，导航通讯及地面抗干扰通讯。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括反射板、反射片、寄生阵子、圆极化贴片天线阵元、圆极化贴片天线基片、反射腔体、射频连接件，所述反射腔体为一端封闭的圆筒形结构,圆极化贴片天线基片位于反射腔体内底部,圆极化贴片天线基片中心部位刻蚀有方形带切角的圆极化贴片天线阵元，多个寄生阵子沿圆极化贴片天线阵元周向均布,且与反射腔体底部固连,反射板与反射腔体敞开端固连,反射板中心部位贴附有圆形反射片与圆极化贴片天线阵元之间平行相对,射频连接件位于反射腔体外端中心部位,射频连接件一端与电缆固连,射频连接件另一端穿过反射腔体与圆极化贴片天线阵元相连接；所述圆极化贴片天线基片为圆板形结构,中间部位沿圆极化贴片天线阵元周向均布多个通孔,圆极化贴片天线基片直径与反射腔体內径相等,圆极化贴片天线基片为陶瓷材料；所述反射板材料为FR-4板材，反射板直径为天线工作波长的1.6倍，且与反射腔体外径相等，反射板厚度为天线工作波长的0.029倍；所述寄生阵子为台阶圆柱体，上段直径为天线工作波长的0.077倍，下段直径为天线工作波长的0.059倍。
所述寄生阵子为4～15个。
所述反射腔体采用铝合金材料。
有益效果
本发明提出的双谐振圆极化短背射C波段天线，采用多功能寄生耦合阵列方式；反射腔体为一端封闭的圆筒形结构,天线基片位于反射腔体内底部，天线基片中心部位刻蚀有方形带一对称切角的天线阵元，多个寄生阵子沿天线阵元周向均布；反射腔体实现天线定向能量汇聚辐射作用，寄生阵子实现电磁耦合，固定支撑及定位天线基片的作用。反射板与反射腔体敞开端固连，反射板中心处贴附有圆形反射片，且与天线阵元平行相对；射频连接件位于反射腔体外端中心部位,射频连接件一端与电缆固连,另一端穿过反射腔体底部和圆极化贴片天线基片与圆极化贴片天线阵元相连接。
本发明圆极化短背射C波段天线结构简单，具有主瓣宽、副瓣低，便携小型化的特点；天线增益大于11dB，天线3dB波束宽度为54.3°，驻波2以下频带宽度近15％。
本发明双谐振圆极化短背射C波段天线适用于对星通讯，导航通讯及地面抗干扰通讯。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种双谐振圆极化短背射C波段天线作进一步详细说明。
图1为本发明双谐振圆极化短背射C波段天线示意图。
图2为本发明双谐振圆极化短背射C波段天线剖视图。
图3为本发明双谐振圆极化短背射C波段天线结构爆炸图。
图4为本发明双谐振圆极化短背射C波段天线各部件装配示意图。
图5为本发明双谐振圆极化短背射C波段天线的圆极化贴片天线俯视图。
图6为本发明双谐振圆极化短背射C波段天线的S1,1参数曲线图。
图7为本发明双谐振圆极化短背射C波段天线的驻波曲线图。
图8为本发明双谐振圆极化短背射C波段天线的方向图。
图中:
1.反射板 2.反射片 3.寄生阵子 4.圆极化贴片天线阵元5.圆极化贴片天线基片6.反射腔体 7.射频连接件
具体实施方式
本实施例是一种双谐振圆极化短背射C波段天线。
参阅图1～图8，本实施例双谐振圆极化短背射C波段天线由反射板1、反射片2、寄生阵子3、圆极化贴片天线阵元4、圆极化贴片天线基片5、反射腔体6、射频连接件7组成。反射腔体6为一端封闭的圆筒形结构，反射腔体6内径为82mm，外径为84mm，高度为30mm，反射腔体6底部厚度为4mm，在距底部中心12.8mm的圆周上等间距设置有12个直径为M3，深度为3mm的螺纹盲孔；反射腔体6采用铝合金材料加工成形，反射腔体实现天线定向能量汇聚辐射作用。
圆极化贴片天线基片5为圆板形结构,圆极化贴片天线基片5中间部位采用刻蚀工艺加工成方形带切角的圆极化贴片天线阵元4，方形贴片边长为16mm；为实现圆极化工作，在方形贴片天线阵元上对其中两个间隔的对称角进行切角处理，切角边长为3mm。圆极化贴片天线基片5直径为82mm，厚度为1.575mm，圆极化贴片天线基片5直径与反射腔体6內径相等。圆极化贴片天线基片5中间部位沿圆极化贴片天线阵元4周向等间距均布12个直径为3mm的通孔,圆极化贴片天线基片5安装在反射腔体6内底部。圆极化贴片天线基片5采用6008陶瓷材料的PCB板材加工成形。
本实施例中,根据天线计算结果采用12个寄生阵子3,寄生阵子3沿圆极化贴片天线阵元4周向均匀分布,寄生阵子3一端穿过圆极化贴片天线基片5与反射腔体6底部固定连接。寄生阵子3为二阶圆柱体结构，采用铜质材料加工制作,寄生阵子3上段为寄生阵元，直径为4mm，高度为4.95mm；寄生阵子3下段为固定支撑及定位天线基片的作用，其直径为3mm,在表面加工成M3的螺纹，高度为4.58mm。通过将12个寄生阵子3穿过圆极化贴片天线基片5上的通孔与反射腔体6上一一对应的12个螺孔配合,将圆极化贴片天线基片5与反射腔体6固定连接。
反射板1采用FR-4型标准PCB板材加工成形，反射板直径为84mm，且与反射腔体6直径相等，反射板1厚度为为1.5mm。反射板1与反射腔体6敞开端通过胶接固定,反射板1中心部位贴附有圆形反射片2与圆极化贴片天线阵元4之间平行相对。反射板1起到天线的保护罩及产生二次辐射的作用。
射频连接件7采用SMA-KFD108型器件，射频连接件7固定安装在反射腔体6外端面中心部位,射频连接件7一端与50欧的铜轴电缆固定连接,射频连接件7另一端穿过反射腔体6底部和圆极化贴片天线基片5与圆极化贴片天线阵元4相连接；圆极化贴片天线基片5与反射腔体6固定焊接。
本实施例双谐振圆极化短背射C波段天线，通过不断地优化调整寄生阵子3的间距及个数，使天线增益大于11dB，天线3dB波束宽度为54.3°，驻波2以下频带宽度近15％，满足驻波及方向图要求的天线。双谐振圆极化短背射C波段天线适用于对星通讯，导航通讯及地面抗干扰通讯。
Claims (1)
1.一种双谐振圆极化短背射C波段天线，包括反射板、反射片、寄生阵子、圆极化贴片天线阵元、圆极化贴片天线基片、反射腔体、射频连接件，其特征在于:所述反射腔体为一端封闭的圆筒形结构,圆极化贴片天线基片位于反射腔体内底部,圆极化贴片天线基片中心部位刻蚀有方形带切角的圆极化贴片天线阵元，多个寄生阵子沿圆极化贴片天线阵元周向均布,且与反射腔体底部固连,反射板与反射腔体敞开端固连,反射板中心部位贴附有圆形反射片与圆极化贴片天线阵元之间平行相对,射频连接件位于反射腔体外端中心部位,射频连接件一端与电缆固连,射频连接件另一端穿过反射腔体与圆极化贴片天线阵元相连接；所述圆极化贴片天线基片为圆板形结构,中间部位沿圆极化贴片天线阵元周向均布多个通孔,圆极化贴片天线基片直径与反射腔体內径相等,圆极化贴片天线基片为陶瓷材料；所述反射板材料为FR-4板材，反射板直径为天线工作波长的1.6倍，且与反射腔体外径相等，反射板厚度为天线工作波长的0.029倍；所述寄生阵子为台阶圆柱体，上段直径为天线工作波长的0.077倍，下段直径为天线工作波长的0.059倍；寄生阵子为4～15个；所述反射腔体采用铝合金材料。
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