CN104810612A - 适于便携式气象卫星接收机的高增益低副瓣微带阵列天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适于便携式气象卫星接收机的高增益低副瓣微带阵列天线，包括介质基板、设于介质基板上表面的第一金属层、设于介质基板下表面的第二金属层以及设于介质基板中心的同轴背馈端口；所述第一金属层上设有若干个微带辐射单元，微带辐射单元通过馈电网络连接至所述同轴背馈端口；所述微带辐射单元为12个，采用切比雪夫综合法组阵除去四角的位置排列；所述馈电网络包括不等分和等分T型功分网络。本发明在体积小和便于携带的同时，具有较高的增益和较低的副瓣，在带宽内具有较好的带宽和辐射特性；此外还具有结构简单，易于加工的特点。
Description
技术领域
本发明涉及射频接收机天线领域，具体涉及一种适于便携式气象卫星接收机的高增益低副瓣微带阵列天线。
背景技术
人们获取气象信息的途径有很多，电视、报纸、互联网都会及时更新，对于某些对天气有特殊需求的客户，一些网络运营商还会提供信息推送服务，及时向用户客户端（如手机）发送气象信息，十分方便。然而，以上这些途径还是有一定的局限性，在一些网络、媒体条件比较苛刻的地方，比如山区、沙漠、海洋等地方，人们只能通过一些特殊途径获取气象信息以指导生产活动。其中，气象信息卫星广播系统就是一种适应性强、稳定性高、及时性好的信息传播方式。 在该系统中，由地面气象站负责将气象信息发送至卫星，再由卫星转发至地面，用户可以通过终端设备直接接收由卫星转发的信息。由于卫星信号覆盖区域广泛，接收终端表现出极强的适应性，几乎可以在信号范围内实现无死角接收，而且接收终端不依赖于地面网络， 不受网络环境影响， 已经被广泛应用于航海、军事以及部分民用领域。
目前，我国已经具备了较强的气象卫星自主研发能力。根据《“十一五”和 2020 年前我国气象卫星发展规划》 的要求，我国已经启动了下一代静止气象卫星风云四号的研制，风云四号静止气象卫星目标达到国际先进水平。本发明立足于风云二号，针对广播系统中接收终端的天线技术进行发明与设计。
传统的卫星接收终端一般是小型地面站，使用这种接收系统可直接接收卫星信号，地域约束较小，并且可以获取高质量的气象信息，但是这类设备存在着体积大、成本高、维护复杂移动性差等问题，不利于设备的推广。因此，需要设计一种成本低、体积小、性能好的便携式气象信息接收机，本发明即为此气象信息接收机的配套天线。观察已有的气象信息接收机可以发现，天线一直是接收系统中最大的部件。非洲、南美洲等地的 C 波段天线直径最大可达 3.7m，即使是欧洲的 Ku 波段天线直径也达到了 1.2m，安装时显得比较笨重也不便于移动。之所以使用大天线是因为较大的接收面积可以提供较高的信号功率，提升接收机输入端的信噪比，较高的输入信噪比可以降低接收机噪声系数要求，减小接收机设计难度。较小的天线可以带来很大的便携性，必要时用户可以方便地移动接收装置的位置，而不像传统的接收系统都是“一次性安装”，安装完毕后便不再移动直至报废。
发明内容
发明目的：为了减小天线体积，同时获得较大的增益、较低的副瓣和一定的带宽，达到结构简单和方便携带的目标，本发明提供了一种适于便携式气象卫星接收机的高增益低副瓣微带阵列天线，该天线在所需频带内有较高的增益、较低的副瓣和较低的回波损耗。
技术方案：本发明所述的适于便携式气象卫星接收机的高增益低副瓣微带阵列天线，包括介质基板、设于介质基板上表面的第一金属层、设于介质基板下表面的第二金属层以及设于介质基板中心的同轴背馈端口；所述第一金属层上设有若干个微带辐射单元，微带辐射单元采用切比雪夫综合法组阵排列并通过馈电网络连接至所述同轴背馈端口。采用上述结构设计，具有结构简单、尺寸下，能够适用于便携式气象卫星接收机，工作在L频段，在带宽内（1667MHz～1697MHz）回波损耗低，最大增益大于16dB,第一副瓣低于-20dB。
进一步完善上述技术方案，所述微带辐射单元为12个，采用切比雪夫综合法组阵除去四角的位置排列，即最上排和最下排为2个微带辐射单元，中间两排为4个微带辐射单元，最上排和最下排的2个微带辐射单元与中间两排每排中间两个辐射单元对齐。
进一步地，所述馈电网络包括不等分和等分T型功分网络。根据微带辐射单元的排列，采用不等分T型功分网络和等分T型功分网络连接至位于介质基板中心的同轴背馈端口，具有降低副瓣的作用。
进一步地，所述微带辐射单元4上开有13道缝隙，具有扩展带宽的作用。缝隙竖直设置、从中间向两边缝隙的高度依次降低，每个辐射单元在对应最中间缝隙处与馈电网络连接。
进一步地，所述介质基板为Rogers4350B板材、材厚度60mil，介电常数为3.48±0.05，损耗正切角δ=0.0037。
进一步地，所述第一金属层采用铜制成，厚度为1OZ；所述第二金属层采用铜制成，厚度为1OZ。
进一步地，所述同轴背馈端口为50欧姆SMA射频接口。
进一步的，所述天线的直径为560mm。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点：
1. 本发明采用了切比雪夫综合法并削去四个角的方式对微带辐射单元进行排列组阵，这样的整体结构使得天线面积进一步减小，使用等分和不等分T型接功分网络，实现低副瓣的特性，实测第一副瓣低于-20dB。
2. 本发明的微带辐射单元采用切比雪夫综合法组阵排列，提高了天线增益，实测最大增益约为16dB。
3. 本发明实现了工作在L频段，采用四分之一阻抗变换枝节进行匹配，在带宽内（1667MHz～1697MHz）回波损耗低。
4. 本发明对微带辐射单元采用开缝的方式扩展了带宽,使得带宽比普通矩形辐射单元增加，实测达到30MHz。
5. 本发明的直径560mm，较现有的气象信息接收机天线，具有体积小、结构简单和便于携带的特点。
综上所述，本发明公开的适用于便携式气象卫星接收机的高增益低副瓣微带阵列天线在体积小和便于携带的同时，具有较高的增益和较低的副瓣，在带宽内具有较好的带宽和辐射特性。此外还具有结构简单，易于加工的特点。
附图说明
图1是本发明天线的结构示意图。
图2是天线的回波损耗实测图。
图3是天线的增益实测图。
图4是天线的E面方向图（实测）和交叉极化图（实测）。
图5是天线的H面方向图（实测）和交叉极化图（实测）。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明。
实施例 1 ：如图1所示的适于便携式气象卫星接收机的高增益低副瓣微带阵列天线，包括介质基板1、设于介质基板1上表面的第一金属层2、设于介质基板1下表面的第二层6以及设于介质基板中心的同轴背馈端口3。第一金属层2包括12个微带辐射单元4以及用于连接微带辐射单元4的馈电网络5；微带辐射单元4为矩形贴片单元，表面刻有13道缝隙，由一边中心接入馈电网络5；馈电网络5由几种不等分和等分T型功分网络构成，最后接到同轴背馈端口3，同轴背馈端口3为50欧姆SMA射频接口。
介质基板1为Rogers4350B板材，介电常数为3.48±0.05，损耗正切角δ=0.0037，板材厚度为60mil（1.524mm）。上表面的第一金属层2和下表面的第二金属层6使用铜为材料，厚度为1OZ（0.035mm）。
12个微带辐射单元4采用切比雪夫综合法组阵，并削去四个角的辐射单元进一步减小天线面积，具体排布为上下两排设置2个微带辐射单元、中部两排设置4个微带辐射单元，馈电网络5由几种不等分和等分T型功分网络构成，将最上排、中部上排和最下排、中部下排连接至位于中心的同轴背馈端口3。每个微带辐射单元4上开有13道缝隙，具有扩展带宽的作用；馈电网络5具有降低副瓣的作用。
图2为天线的回波损耗实测图。由图可知，-10db带宽为1667MHz~1697MHz，宽度30MHz，相对带宽约1.8%，在宽度内回波损耗低，实现了较好的共轭匹配。
图3为天线的增益实测图。从图中可以看出天线的最大增益大于16dB。
图4是天线的E面方向图实测和交叉极化图实测。从图中可以看出天线的副瓣低于-20dB，交叉极化度低。
图5是天线的H面方向图实测和交叉极化图实测。从图中可以看出天线的副瓣低于-25dB，交叉极化度低。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (9)
1.一种适于便携式气象卫星接收机的高增益低副瓣微带阵列天线，其特征在于：包括介质基板（1）、设于介质基板（1）上表面的第一金属层（2）、设于介质基板（1）下表面的第二金属层（6）以及设于介质基板（1）中心的同轴背馈端口（3）；所述第一金属层上设有若干个微带辐射单元（4）、微带辐射单元（4）采用切比雪夫综合法组阵排列并通过馈电网络（5）连接至所述同轴背馈端口（3）。
2.根据权利要求1所述适于便携式气象卫星接收机的高增益低副瓣微带阵列天线，其特征在于：所述微带辐射单元（4）为12个，采用切比雪夫综合法组阵除去四角的位置排列。
3.根据权利要求1或2所述的适于便携式气象卫星接收机的高增益低副瓣微带阵列天线，其特征在于：所述馈电网络（5）包括不等分和等分T型功分网络。
4.根据权利要求1或2所述的适于便携式气象卫星接收机的高增益低副瓣微带阵列天线，其特征在于：所述微带辐射单元（4）上开有13道缝隙。
5.根据权利要求1所述的适于便携式气象卫星接收机的高增益低副瓣微带阵列天线，其特征在于：所述介质基板（1）为Rogers4350B板材、板材厚度为0mil，电常数为3.48±0.05，损耗正切角δ=0.0037。
6.根据权利要求1所述的适于便携式气象卫星接收机的高增益低副瓣微带阵列天线，其特征在于：所述第一金属层（2）采用铜制成，厚度为1OZ。
7.根据权利要求1所述的适于便携式气象卫星接收机的高增益低副瓣微带阵列天线，其特征在于：所述第二金属层（6）采用铜制成，厚度为1OZ。
8.根据权利要求1所述的适于便携式气象卫星接收机的高增益低副瓣微带阵列天线，其特征在于：所述同轴背馈端口（3）为50欧姆SMA射频接口。
9.根据权利要求1所述的适于便携式气象卫星接收机的高增益低副瓣微带阵列天线，其特征在于：所述天线的直径为560mm。
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