CN104466344B - 单端口双频双圆极化天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单端口双频双圆极化天线，包括高频四臂组件、低频四臂组件、巴伦、馈电端口以及接地板，所述低频四臂螺旋组件螺旋环绕并固定于巴伦外侧壁，所述高频四臂组件位于巴伦的顶部且固定于低频四臂组件；所述巴伦底部设置有馈电端口，所述接地板固定于巴伦底部；所述低频四臂组件包括第一支架、第二支架以及第一连接臂，所述第一支架位于巴伦顶部，所述第二支架位于巴伦底部；所述第一连接臂为螺旋形分布的连杆，第一支架与第二支架之间通过第一连接臂连接固定；所述高频四臂组件包括四条第二连接臂，四条第二连接臂沿巴伦长度方向螺旋向外延伸。本发明结构简单、天线辐射性能加好，适合小型化的天线设计。

Description

单端口双频双圆极化天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种单端口双频双圆极化天线。

背景技术

现有技术中的双圆极化天线多为利用双端口的双频双圆极化辐射天线结构方案。目前的单端口双频双圆极化天线主要包括如下几种：1、双频双圆极化微带天线的设计，其利用在圆形微带天线上开弧形缝隙，实现单端口双频双圆极化辐射的天线方案，是基于微带天线变形的一种方案，具备微带天线的特性，其阻抗调节需要费时费力，并且其带宽窄，辐射效率不够高。2、多频带宽波束四臂螺旋天线设计(Design of a Novel Dual-BandWide-Beam Quadrifilar Helix Antenna)中，利用不同大小内外四臂螺旋天线相套的方式，实现单端口双频圆极化波的辐射的天线方案，只能实现同向圆极化波的辐射，无法实现分别的双频双圆极化。3、双频带双圆极化背射螺旋天线，利用两个单臂螺旋套在一起实现双频双圆极化，该天线虽然可以实现双频双圆极化，但其圆极化轴比并不优秀，该天线利用的是双单臂螺旋内套结构，实现的辐射波束并不够宽；本该天线辐射并不优秀，前后比差下端需要反射腔(扼流环)进行修正；该天线需要介质材料作为支撑；该天线由于其工作模式，再加上后端的反射腔，天线整体尺寸非常大。

对于双频双圆极化天线，目前已有的方案以双端口为主，类似于两个圆极化天线合成一体分别工作，对于单端口的双频双圆极化天线设计很少。有鉴于此，有必要对单端口的双频双圆极化天线的结构进行进一步的改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构简单、天线辐射效率高，适合小型化天线设计的单端口双频双圆极化天线。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：提供一种单端口双频双圆极化天线，包括高频四臂组件、低频四臂组件、巴伦、馈电端口以及接地板，所述低频四臂螺旋组件螺旋环绕并固定于巴伦外侧壁，所述高频四臂组件位于巴伦的顶部且固定于低频四臂组件；所述巴伦底部设置有馈电端口，所述接地板固定于巴伦底部；

所述低频四臂组件包括第一支架、第二支架以及第一连接臂，所述第一支架位于巴伦顶部，所述第二支架位于巴伦底部；所述第一连接臂为螺旋形分布的连杆，第一支架与第二支架之间通过第一连接臂连接固定；

所述高频四臂组件包括第二连接臂，所述第二连接臂的数量为四，四条第二连接臂沿巴伦长度方向螺旋向外延伸；

所述低频四臂组件接收低频段辐射圆极化波，高频四臂组件接收高频段辐射圆极化波，低频四臂组件及高频四臂组件接收对应的信号并经过巴伦传递至同一馈电端口，并通过馈电端口与外部器件耦合。

本发明的有益效果在于：区别于现有技术中的双频带双圆极化的天线，结构复杂，体积较大，并且天线的辐射性能不好的问题，本发明提供了一种单端口双频双圆极化天线，其主要采用高频四臂组件、低频四臂组件以及巴伦，低频四臂组件螺旋环绕巴伦并与巴伦固定连接，高频四臂组件位于巴伦顶部并且固定于低频四臂组件上，该低频四臂组件接收低频段辐射圆极化波，其工作模式为背向模，而高频四臂组件接收高频段辐射圆极化波，其工作模式为前向模，低频四臂组件及高频四臂组件接收对应的信号并经过巴伦传递至同一馈电端口，并通过馈电端口与外部器件耦合，通过单端口实现耦合高频段与低频段的目的。整个天线的结构简单，天线的高度小，适合小型化的要求，并且天线的辐射性能较好。

附图说明

图1为本发明单端口双频双圆极化天线的结构示意图；

图2为图1的正面结构示意图；

图3为图1的顶部结构示意图；

图4为本发明中巴伦的内部结构示意图；

图5为本发明单端口双频双圆极化天线低频工作时的可实现增益方向图；

图6为本发明单端口双频双圆极化天线高频工作时的可实现增益方向图。

标号说明：

1、高频四臂组件； 2、低频四臂组件； 3、巴伦； 4、馈电端口；

5、接地板； 11、第二连接臂； 21、第一支架； 22、第一连接臂；

23、第二支架； 31、巴伦内芯； 32、馈电内芯。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于：采用高频四臂组件、低频四臂组件以及巴伦，低频四臂组件螺旋环绕巴伦并与巴伦固定连接，高频四臂组件位于巴伦顶部并且固定于低频四臂组件上，该低频四臂组件接收低频段辐射圆极化波，而高频四臂组件接收高频段辐射圆极化波，低频四臂组件及高频四臂组件接收对应的信号并经过巴伦传递至同一馈电端口，并通过馈电端口与外部器件耦合，通过单端口实现耦合高频段与低频段目的。

请参照图1至图3，一种单端口双频双圆极化天线，包括高频四臂组件1、低频四臂组件2、巴伦3、馈电端口4以及接地板5，所述低频四臂螺旋组件螺旋环绕并固定于巴伦3外侧壁，所述高频四臂组件1位于巴伦3的顶部且固定于低频四臂组件2；所述巴伦3底部设置有馈电端口4，所述接地板5固定于巴伦3底部；

所述低频四臂组件2包括第一支架21、第二支架23以及第一连接臂22，所述第一支架21位于巴伦3顶部，所述第二支架23位于巴伦3底部；所述第一连接臂22为螺旋形分布的连杆，第一支架21与第二支架23之间通过第一连接臂22连接固定；

所述高频四臂组件1包括第二连接臂11，所述第二连接臂11的数量为四，四条第二连接臂11沿巴伦3长度方向螺旋向外延伸；

所述低频四臂组件2接收低频段辐射圆极化波，高频四臂组件1接收高频段辐射圆极化波，低频四臂组件2及高频四臂组件1接收对应的信号并经过巴伦3传递至同一馈电端口4，并通过馈电端口4与外部器件耦合。

上述的，低频四臂组件2的工作模式为背向模，其终端短路，而高频四臂组件1的工作模式为前向模，其终端开路。巴伦主要起到馈电作用，并可以调节天线的频带以及阻抗。接收板的目的在于便于载体安装。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：区别于现有技术中的双频带双圆极化的天线，结构复杂，体积较大，并且天线的辐射性能不好的问题，本发明提供了一种单端口双频双圆极化天线，其主要采用高频四臂组件1、低频四臂组件2以及巴伦3，低频四臂组件2螺旋环绕巴伦3并与巴伦3固定连接，高频四臂组件1位于巴伦3顶部并且固定于低频四臂组件2上，该低频四臂组件2接收低频段辐射圆极化波，其工作模式为背向模，而高频四臂组件1接收高频段辐射圆极化波，其工作模式为前向模，低频四臂组件2及高频四臂组件1接收对应的信号并经过巴伦3传递至同一馈电端口4，并由馈电端口4与外部器件耦合，通过单端口实现耦合高频段与低频段的目的。整个天线的结构简单，天线的高度小，适合小型化的要求，并且天线的辐射性能较好。

进一步的，所述第一支架21、第二支架23以及第一连接臂22的数量均为四，四个第一支架21以及第二支架23均处于同一平面，并且相邻的第一支架21之间以及相邻的第二支架23之间垂直设置。结构设计合理，天线的辐射性能好。

进一步的，所述第一连接臂22的螺旋方向为向左螺旋，所述第二连接臂11的螺旋方向为向右螺旋。第一连接臂22及第二连接臂11的螺旋方向还可以根据实际的要求来设计，如所述第一连接臂22的螺旋方向为向右螺旋，所述第二连接臂11的螺旋方向为向左螺旋。向左及向右的方向是以图1及图2中的连接臂螺旋方向来定义的。虽然本方案中的天线设计为低频辐射左旋圆极化电磁波，高频辐射右旋圆极化电磁波，但只要改变上下螺旋的旋向，其他不动的情况下，即可实现在低频辐射右旋圆极化电磁波，高频辐射左旋圆极化电磁波。

进一步的，相邻所述第一连接臂22之间以及相邻第二连接臂11之间的间距相同。间距相同使整个天线的设计更合理，连接臂之间的影响较小，便于提高天线的整体性能。

参阅图4，进一步的，所述巴伦3包括巴伦内芯31、馈电内芯32以及中空圆柱的壳体，所述巴伦内芯31与馈电内芯32固定连接后容置于壳体内。馈电内芯32作为巴伦传递信号的主要器件，而通过馈电内芯32及馈电端口4可以很好地实现与外部器件的耦合效果。

参阅图5及图6，进一步的，所述高频四臂组件1工作时的圆极化增益为7.09dB，轴比增益小于2dB，在±60°内圆极化增益大于0dB，前后增益可达15.75dB；所述低频四臂组件2工作时的圆极化增益为5.53dB，轴比增益小于2dB，在±60°内圆极化增益大于0dB，前后增益可达16.61dB，能够实现四臂螺旋优秀的辐射特性。

从图5中可以看出，上层曲线代表天线辐射左旋圆极化电磁波的方向图，可见其在±70°角的范围内，左旋圆极化增益>0dB，宽波束性能优秀，下层曲线代表天线辐射右旋圆极化电磁波的方向图；标记m1表示天线主辐射方向增益，左旋圆极化增益为5.5dB，而右旋圆极化增益非常低，轴比<2dB，性能优秀；标记m2表示天线背向辐射增益，增益值为-10.2dB，可见此天线在不需要大地板的情况下，可达到15.7dB的前后，性能非常优异。

从图6中可以看出，天线工作于高频时，其辐射方向图如图6所示，上层曲线代表天线辐射右旋圆极化电磁波的方向图，可见其在±60°角的范围内，右旋圆极化增益>0dB，宽波束性能优秀，下层曲线代表天线辐射左旋圆极化电磁波的方向图；标记m1表示天线主辐射方向增益，右旋圆极化增益为7.1dB，而左旋圆极化增益非常低，轴比<2dB，性能优秀；标记m2表示天线背向辐射增益，增益值为-9.5dB，可见此天线在不需要大地板的情况下，可达到16.6dB的前后，性能非常优异。

结合图5及图6，可见此天线在共用一个端口激励的状态下，分别在两个频段实现了非常优异的圆极化辐射特性，并且为双圆极化辐射(一个左旋圆极化，另一个为右旋圆极化)。

进一步的，所述巴伦与高频四臂组件1的垂直高度为低频四臂组件2工作在低频频率对应波长长度的二分之一。天线尺寸小，总高度不到低频波长的一半，并且不需要任何扼流圈和反射板，就可实现非常高的前后增益。

另外，工作于高频的上层四臂螺旋，目前状态是顶端开路，互不连接，但经过仿真计算，上层四臂螺旋顶端短路相连，调整螺旋等效臂长和螺旋角，同样可实现高性能辐射，并且从结构上来说更加稳固。

综上所述，本发明提供的采用高频四臂组件、低频四臂组件以及巴伦，低频四臂组件螺旋环绕巴伦并与巴伦固定连接，高频四臂组件位于巴伦顶部并且固定于低频四臂组件上，该低频四臂组件接收低频段辐射圆极化波，其工作模式为背向模，而高频四臂组件接收高频段辐射圆极化波，其工作模式为前向模，低频四臂组件及高频四臂组件接收对应的信号并经过巴伦传递至同一馈电端口，并由馈电端口与外部器件耦合，通过单端口实现耦合高频段与低频段的目的。整个天线的结构简单，天线的高度小，适合小型化的要求，并且天线的辐射性能较好。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种单端口双频双圆极化天线，其特征在于，包括高频四臂组件、低频四臂组件、巴伦、馈电端口以及接地板，所述低频四臂螺旋组件螺旋环绕并固定于巴伦外侧壁，所述高频四臂组件位于巴伦的顶部且固定于低频四臂组件；所述巴伦底部设置有馈电端口，所述接地板固定于巴伦底部；

所述低频四臂组件包括第一支架、第二支架以及第一连接臂，所述第一支架位于巴伦顶部，所述第二支架位于巴伦底部；所述第一连接臂为螺旋形分布的连杆，第一支架与第二支架之间通过第一连接臂连接固定；

所述高频四臂组件包括第二连接臂，所述第二连接臂的数量为四，四条第二连接臂沿巴伦长度方向螺旋向外延伸；

所述低频四臂组件接收低频段辐射圆极化波，高频四臂组件接收高频段辐射圆极化波，低频四臂组件及高频四臂组件接收对应的信号并经过巴伦传递至同一馈电端口，并通过馈电端口与外部器件耦合；

第一连接臂的螺旋方向与第二连接臂的螺旋方向相反；

相邻所述第一连接臂之间以及相邻第二连接臂之间的间距相同。

2.根据权利要求1所述的单端口双频双圆极化天线，其特征在于，所述第一支架、第二支架以及第一连接臂的数量均为四，四个第一支架以及第二支架均处于同一平面，并且相邻的第一支架之间以及相邻的第二支架之间垂直设置。

3.根据权利要求2所述的单端口双频双圆极化天线，其特征在于，所述第一连接臂的螺旋方向为向左螺旋，所述第二连接臂的螺旋方向为向右螺旋。

4.根据权利要求1所述的单端口双频双圆极化天线，其特征在于，所述巴伦包括巴伦内芯、馈电内芯以及中空圆柱的壳体，所述巴伦内芯与馈电内芯固定连接后容置于壳体内。

5.根据权利要求1-4任一项所述的单端口双频双圆极化天线，其特征在于，所述高频四臂组件工作时的圆极化增益为7.09dB，轴比增益小于2dB；所述低频四臂组件工作时的圆极化增益为5.53dB，轴比增益小于2dB。

6.根据权利要求5所述的单端口双频双圆极化天线，其特征在于，所述巴伦与高频四臂组件的垂直高度为低频四臂组件工作在低频频率对应波长长度的二分之一。