CN105071027B - 一种低轮廓uhf天线 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种低轮廓UHF天线，包括：双馈点圆极化微带天线单元，分别连接双馈点圆极化微带天线单元的俩馈点的第一馈电探针和第二馈电探针，分别电连接并固定所述第一馈电探针和第二馈电探针的俩高频插座，以及设于双馈点圆极化微带天线单元下方的四端口功分移相网络；四端口功分移相网络的第一端口和第二端口分别通过高频电缆和第一馈电探针、第二馈电探针的与高频插座电连接端连接；四端口功分移相网络的第三端口响应于接收到第一端口比第二端口的信号相位超前90°而输出左旋圆极化信号，四端口功分移相网络的第四端口响应于第一端口比第二端口的信号相位滞后90°而输出右旋圆极化信号。本发明能够实现天线的安装高度较低，结构紧凑。

Description

一种低轮廓UHF天线

技术领域

本发明涉及无线电通信设备，尤其是一种用于收发UHF(Ultra HighFrequency，特高频无线电波)频段的无线电信号，特别是290～350MHz频段无线电信号的低轮廓天线。

背景技术

为了减少小卫星发射成本，小卫星一般采用小型火箭发射或一箭多星发射模式，因而卫星的安装空间有限，该情况对安装在卫星外部的天线提出了低轮廓的要求，而工作在UHF频段的天线，由于传输的电磁波波长较长，约有1米左右，天线的外形高度一般要大于四分之一波长(约0.25米)，不能满足小型火箭或一箭多星发射火箭整流罩的尺寸要求，因此目前尤为需要一种频带覆盖较宽，波束宽度合适，适合星载的轮廓低、结构可靠的UHF天线作为星载的通信侦察天线。

发明内容

本发明所要解决的目的是提出一种低轮廓UHF天线，可以满足星载通信侦察系统接收或发射UHF频段(290MHz～350MHz)的左旋圆极化射频信号、右旋圆极化射频信号，且能够实现天线的安装高度较低，结构紧凑。

为解决上述问题，本发明提出一种低轮廓UHF天线，包括：双馈点圆极化微带天线单元，分别连接双馈点圆极化微带天线单元的俩馈点的第一馈电探针和第二馈电探针，分别电连接并固定所述第一馈电探针和第二馈电探针的俩高频插座，以及设于双馈点圆极化微带天线单元下方的四端口功分移相网络；

其中，四端口功分移相网络的第一端口和第二端口分别通过高频电缆和第一馈电探针、第二馈电探针的与高频插座电连接端连接；四端口功分移相网络的第三端口响应于接收到第一端口比第二端口的信号相位超前90°而输出左旋圆极化信号，四端口功分移相网络的第四端口响应于第一端口比第二端口的信号相位滞后90°而输出右旋圆极化信号。

根据本发明的一个实施例，所述双馈点圆极化微带天线单元包括均为圆形微带结构的上层平面辐射单元和下层平面辐射单元，以及将上层平面辐射单元和下层平面辐射单元在圆边缘处连接起来的介质圆环；上层平面辐射单元和下层平面辐射单元之间为介质层，第一馈电探针和第二馈电探针在俩馈点处将上层平面辐射单元和下层平面辐射单元连接起来。

根据本发明的一个实施例，所述上层平面辐射单元的圆形结构在始于圆心的十字方向延伸有延伸长度相同的四个突条，改变所述四个突条的延伸长度能微调天线的辐射频率。

根据本发明的一个实施例，所述第一馈电探针和第二馈电探针由弹性金属材料制成，第一馈电探针和第二馈电探针的位于下层平面辐射单元下方的结构构造为可弹性伸缩的迂回结构，第一馈电探针、第二馈电探针和上层平面辐射单元固定连接。

根据本发明的一个实施例，所述弹性金属材料为铍青铜材料。

根据本发明的一个实施例，还包括一圆形法兰盒体；所述双馈点圆极化微带天线单元设于圆形法兰盒体上表面；分别和第一馈电探针、第二馈电探针电连接的两个高频插座，以及四端口功分移相网络设于圆形法兰盒体下表面。

根据本发明的一个实施例，在所述圆形法兰盒体上还设有将圆形法兰盒体和上层平面辐射单元、下层平面辐射单元连接固定的五对介质柱和介质螺钉，一对介质柱和介质螺钉设置在圆形法兰盒体圆心处，其余四对均匀间隔分布在圆心周围，其中，该其余四对中的两对介质柱和介质螺钉还将高频电缆固定在圆形法兰盒体下表面上。

根据本发明的一个实施例，在所述上层平面辐射单元上表面还固定有一介质保护盖板。

根据本发明的一个实施例，所述四端口功分移相网络的第三端口和第四端口处设置有高频连接器，所述高频连接器为SMA型的高频接插件。

根据本发明的一个实施例，所述四端口功分移相网络形成在相对介电常数为2.6的介质材料上。

采用上述技术方案后，本发明相比现有技术具有以下有益效果：天线采用四端口功分移相网络对其上方的双馈点圆极化微带天线单元馈电，将馈电探针固定在高频插座上，四端口功分移相网络的第一端口和第二端口通过高频电缆和高频插座连接，也就是和馈电探针连接馈电，降低了天线轮廓的高度，四端口功分移相网络的第三端口和第四端口第三端口和第四端口分别根据第一端口和第二端口信号的相位差，输出用于星载通信侦察系统的UHF频段(290MHz～350MHz)的左旋圆极化射频信号、右旋圆极化射频信号，天线结构紧凑，易于实施。

此外，馈电探针采用弹性材料，且构造为迂回结构，加强了馈电探针的弹性，保持馈电探针在振动中可以在一定程度上弹性伸缩，避免冲击力过大而损坏，馈电探针固定在上层平面辐射元上，因而在天线振动时馈电结构依然可靠牢固。将天线各部件通过圆形法兰盒体固定，上层平面辐射单元和下层平面辐射单元、圆形法兰盒体之间加设有介质柱，并用介质螺钉将它们固定在一起，加强天线的抗星载力学环境性能。天线在设计形成之后，通过调整上层平面辐射单元形成的突边的延伸长度，从而可以微调天线的工作频率，使天线工作在最佳频段范围内。

附图说明

图1为本发明一个实施例的低轮廓UHF天线的仰视结构示意图；

图2为本发明一个实施例的低轮廓UHF天线的局部剖面侧视结构示意图；

图3为本发明一个实施例的低轮廓UHF天线的上层辐射单元结构示意图；

图4为本发明一个实施例的低轮廓UHF天线的馈电探针的结构示意图；

图5为本发明一个实施例的低轮廓UHF天线的俯视结构示意图。

附图标记说明：

四端口功分移相网络-1，第一端口-101，第二端口-102，第三端口-103，第四端口-104，高频电缆-2，圆形法兰盒体-3，下层平面辐射单元-4，介质圆环-5，上层平面辐射单元-6，突条-61，馈电探针-7，第一馈电探针-7a，第二馈电探针-7b，介质保护盖板-8，介质柱-9，介质螺钉-10、10a～10e，螺钉-11，螺帽-12

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

参看图1，本实施例的一种低轮廓UHF天线，包括：双馈点圆极化微带天线单元，分别连接双馈点圆极化微带天线单元的俩馈点的第一馈电探针7a和第二馈电探针7b，分别电连接并固定所述第一馈电探针7a和第二馈电探针7b的俩高频插座，以及设于双馈点圆极化微带天线单元下方的四端口功分移相网络1。

其中，四端口功分移相网络1的第一端口101和第二端口102分别通过高频电缆2和第一馈电探针7a、第二馈电探针7b与高频插座电连接端连接，两个高频插座的内芯分别与第一馈电探针7a、第二馈电探针7b连接在一起，馈电探针7(第一馈电探针7a和第二馈电探针7b)垂直穿过下层平面辐射单元4，通过螺母12与上层平面辐射单元6连接在一起，馈电探针7和四端口功分移相网络1的第一端口101和第二端口102间通过高频电缆2连接，实现了天线结构的低轮廓。四端口功分移相网络1的第三端口103响应于接收到第一端口101比第二端口102的信号相位超前90°而输出左旋圆极化信号，四端口功分移相网络1的第四端口104响应于第一端口101比第二端口102的信号相位滞后90°而输出右旋圆极化信号，适用于星载通信侦察系统，天线结构紧凑，易于实施。

双馈点圆极化微带天线单元是指具有两个馈电连接点的圆极化微带天线单元，属于现有技术的一种天线单元，在此不再赘述，第一馈电探针7a和第二馈电探针7b的各自一端连接双馈点圆极化微带天线单元的俩馈点后，各自另一端连接四端口功分相移网络1的第一端口101和第二端口102，如图1所示，第一馈电探针7a和第一端口101的连接线与第二馈电探针7b和第二端口102的连接线之间相互垂直，通过四端口功分移相网络1的功分和移相后第三端口102获得的信号为相位差90°的俩信号结合形成的左旋圆极化信号，而第四端口104获得的信号为相位差270°，也就是-90°的俩信号结合形成的右旋圆极化信号，通过一个四端口功分移相网络1实现了左旋圆极化信号和右旋圆极化信号的输出，结构紧凑。

四端口功分移相网络1的90°和-90°相位差例如均通过功分器的两支路的四分之一波长路径差来实现，而第四端口104靠近第二端口102，第三端口103靠近第一端口101，因而接收时，第三端口103接收的第一端口101相比第二端口102信号相位超前90°，而第四端口104接收的第一端口101相比第二端口102信号相位滞后90°，根据端口输入输出的相位差确定功分移相网络的结构是本领域技术人员熟练掌握的技术，在此不再赘述。

需要指出的是，本发明的天线实现的是辐射输出左旋圆极化信号和右旋圆极化信号，当然，根据本发明的天线结构也可以是接收左旋圆极化信号和右旋圆极化信号，也就是实现天线的接收和发射功能。

参看图2，在一个实施例中，双馈点圆极化微带天线单元包括均为圆形微带结构的上层平面辐射单元6和下层平面辐射单元4，以及将上层平面辐射单元6和下层平面辐射单元4在圆边缘处连接起来的介质圆环5；上层平面辐射单元6和下层平面辐射单元4之间为介质层，较佳的，该介质层为空气介质层，也就是不填充其他介质，当卫星在运行轨道上时，介质层为该轨道上的气体介质，第一馈电探针7a和第二馈电探针7b在俩馈点处将上层平面辐射单元6和下层平面辐射单元4连接起来。

参看图3，上层平面辐射单元6的圆形结构在始于圆心的十字方向延伸有延伸长度相同的四个突条61，改变所述四个突条61的延伸长度能微调天线的辐射频率，在图3中，突条61的宽度为L1，而突条61的延伸长度为d2-d1，也就是改变直径d2的大小便可以微调天线的辐射频率。天线的辐射频率是在天线设计时，由上层平面辐射单元6和下层平面辐射单元4的直径、两者之间的距离，以及上层平面辐射单元6和四端口功分移相网络1平面的距离决定的，当天线各设计参数确定后，通过调整上层平面辐射单元的直径d2的大小可适当修正由于介质介电常数的误差产生的频率偏移，使天线工作在最佳频段范围内，通过调节突条61的延伸长度，使得微调后的辐射频率更适合天线的工作，效率更高。

参看图4，第一馈电探针7a和第二馈电探针7b由弹性金属材料制成，第一馈电探针7a和第二馈电探针7b的位于下层平面辐射单元6下方的结构构造为可弹性伸缩的迂回结构71，第一馈电探针7a、第二馈电探针7b和上层平面辐射单元6固定连接，在图4中，馈电探针7和上层平面辐射单元6通过螺帽12连接在一起，保证馈电探针7与上层平面辐射单元6之间连接的牢固性，满足天线振动时馈电结构的可靠性要求，馈电探针的迂回结构71包括两个弯道结构，当然还可以更多个，增强了馈电结构的抗振性能。在一个较佳的实施例，所述弹性金属材料为铍青铜材料。

参看图1和图2，在一个实施例中，低轮廓UHF天线还包括一圆形法兰盒体3；双馈点圆极化微带天线单元设于圆形法兰盒体3上表面；分别和第一馈电探针7a、第二馈电探针7b电连接的两个高频插座，以及四端口功分移相网络1设于圆形法兰盒体3下表面。

参看图2和图5，在所述圆形法兰盒体3上还设有将圆形法兰盒体3和上层平面辐射单元6、下层平面辐射单元4连接固定的五对介质柱9和介质螺钉10，一对介质柱和介质螺钉10e设置在圆形法兰盒体3圆心处，其余四对介质柱和介质螺钉10b～10e均匀间隔分布在圆心周围，其中，参看图1，该其余四对介质柱和介质螺钉10b～10e中的两对介质柱和介质螺钉10b和10c还将俩高频电缆2固定在圆形法兰盒体下3表面上。增强了天线结构的抗力学环境性能。

图5中，在所述上层平面辐射单元6上表面还固定有一介质保护盖板8，通过螺钉11固定在上层平面辐射单元6上，用于保护平面辐射单元。

在一个实施例中，所述四端口功分移相网络的第三端口103和第四端口104处设置有高频连接器(图上未示出)，所述高频连接器为SMA(Small A Type，一种典型的高频连接器)型的高频接插件。

较佳的，所述四端口功分移相网络1形成在相对介电常数为2.6的介质材料上。

本发明的天线结构简单、易于实施，天线的尺寸不超过Ф440×58mm，安装时天线突出安装表面的高度不超过45mm。因此本发明取得了天线安装轮廓低、结构简单、相位一致性好、紧凑牢固、抗星载力学环境好的有益效果。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种低轮廓UHF天线，其特征在于，包括：双馈点圆极化微带天线单元，分别连接双馈点圆极化微带天线单元的俩馈点的第一馈电探针和第二馈电探针，分别电连接并固定所述第一馈电探针和第二馈电探针的俩高频插座，以及设于双馈点圆极化微带天线单元下方的四端口功分移相网络；

其中，四端口功分移相网络的第一端口和第二端口分别通过高频电缆和第一馈电探针、第二馈电探针与高频插座电连接端连接；四端口功分移相网络的第三端口响应于接收到第一端口比第二端口的信号相位超前90°而输出左旋圆极化信号，四端口功分移相网络的第四端口响应于第一端口比第二端口的信号相位滞后90°而输出右旋圆极化信号；

所述双馈点圆极化微带天线单元包括均为圆形微带结构的上层平面辐射单元和下层平面辐射单元，以及将上层平面辐射单元和下层平面辐射单元在圆边缘处连接起来的介质圆环；上层平面辐射单元和下层平面辐射单元之间为介质层，第一馈电探针和第二馈电探针在俩馈点处将上层平面辐射单元和下层平面辐射单元连接起来；

所述第一馈电探针和第二馈电探针由弹性金属材料制成，第一馈电探针和第二馈电探针的位于下层平面辐射单元下方的结构构造为可弹性伸缩的迂回结构，第一馈电探针、第二馈电探针和上层平面辐射单元固定连接；

馈电探针和上层平面辐射单元通过螺帽连接在一起。

2.如权利要求1所述的低轮廓UHF天线，其特征在于，所述上层平面辐射单元的圆形结构在始于圆心的十字方向延伸有延伸长度相同的四个突条，改变所述四个突条的延伸长度能微调天线的辐射频率。

3.如权利要求1所述的低轮廓UHF天线，其特征在于，所述弹性金属材料为铍青铜材料。

4.如权利要求1所述的低轮廓UHF天线，其特征在于，还包括一圆形法兰盒体；所述双馈点圆极化微带天线单元设于圆形法兰盒体上表面；分别和第一馈电探针、第二馈电探针电连接的两个高频插座，以及四端口功分移相网络设于圆形法兰盒体下表面。

5.如权利要求4所述的低轮廓UHF天线，其特征在于，在所述圆形法兰盒体上还设有将圆形法兰盒体和上层平面辐射单元、下层平面辐射单元连接固定的五对介质柱和介质螺钉，一对介质柱和介质螺钉设置在圆形法兰盒体圆心处，其余四对均匀间隔分布在圆心周围，其中，该其余四对中的两对介质柱和介质螺钉还将高频电缆固定在圆形法兰盒体下表面上。

6.如权利要求1所述的低轮廓UHF天线，其特征在于，在所述上层平面辐射单元上表面还固定有一介质保护盖板。

7.如权利要求1所述的低轮廓UHF天线，其特征在于，所述四端口功分移相网络的第三端口和第四端口处设置有高频连接器，所述高频连接器为SMA型的高频接插件。

8.如权利要求1所述的低轮廓UHF天线，其特征在于，所述四端口功分移相网络形成在相对介电常数为2.6的介质材料上。