CN105428816A - 左右旋双圆极化宽波束天线 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种左右旋双圆极化宽波束天线，旨在提供一种简单可靠，在无需采用过于复杂结构形式的前提下，实现宽波束左右旋双圆极化天线。本发明通过下述技术方案予以实现：四个单极子天线共同围绕一个圆心，以90°等圆周角均匀排列在共金属的接地板上，四个单极子通过地接板底部天线输入端口作为对应的馈电端口，按0°、90°、180°、270°和0°、-90°、-180°、-270°四个象限分布馈电，分别对四个单极子天线输入端口进行0°、90°、180°、270°和0°、-90°、-180°、-270°馈电，构成一副具有宽波束的左右旋双圆极化单极天线。本发明利用单极子天线的宽波束特性和在一起组成阵列时的较强互藕效应，通过调整单极子到圆心的间距来避免合成方向图在顶点形成凹陷。

Description

左右旋双圆极化宽波束天线

技术领域

本发明涉及一种广泛应用在卫星通信系统中，终端接收设备平台上的宽波束左右旋双圆极化天线。

技术背景

天线作为一种用来发射或接收无线电波的部件，在无线通信系统中起着至关重要的作用。随着无线通信系统的迅猛发展，对天线的要求越来越高。一方面要求天线具有宽频带、多功能、多业务融合等特点，另一方面又要求天线的体积小、质量轻、成本低。圆极化天线由于不存在极化失配现象，更容易获得相关性较低的平衡接收功率而呈现较大优势。一对左旋圆极化波和右旋圆极化波互为交叉极化，理想情况下一对互为交叉极化的波是互相隔离的，即用LHCP的天线是无法接收RHCP来波的信号，反之亦然。而展宽圆极化天线频带宽度是提高其实用价值的关键，是实现天线宽频带和小型化的研究重点。圆极化天线由于不存在极化失配的现象，更容易获得相关性较低的平衡接收功率而呈现较大优势。圆极化天线指的是一个天线所辐射的电磁场中电场的方向和大小在空间不是固定的，而是随着时间的变化在一个平面内形成一个椭圆，特殊的情况下椭圆可以变成圆，即纯圆极化波。要获得圆极化波，两矢量必须振幅相等，空间正交、其间的相位差为90°，这就是获得圆极化的三个条件。宽波束圆极化性能的天线形式有很多，如螺旋天线，即指圆锥螺旋和四臂螺旋，优点是频带宽、波束宽、方向图对称、宽角圆极化性能好，缺点是尺寸大、只能实现一个极化方式；十字阵子，即对称阵子的变形，增益和波束都比较适中，优点是频带宽、方向图对称、宽角圆极化性能好，缺点是波束不够宽、结构较复杂，尺寸较大，即使通过对其地板的赋形处理，在波束覆盖范围内，其增益也只能做到1dB；微带天线，其增益和波束都比较适中适中，优点是尺寸小、剖面低，缺点是频带窄、宽角圆极化性能差。实现圆极化往往带宽较窄，尤其实现双圆极化辐射到自由空间。这种馈电结构实现了一个方波导同时馈结构复杂、馈线冗长、损耗较大，不适用于高频段卫星通信系统。在实际卫星工程应用中，左右圆极化天线经常发生旋向差错，由于左右旋极化定义的措辞各有不同，在理解定义含义上混淆，圆极化天线形式的千变万化等等诸多因素，使圆极化天线旋向匹配常常发生差错。圆极化天线通常有四臂螺旋、十字交叉阵子、微带天线等形式，其中,由于四臂螺旋、交叉阵子这类天线轮廓较高、重量较重,不利于集成到移动终端设备.而微带天线以其特有的优势,如轮廓低、重量轻、成本小、易共形等,在卫星通信中得到了广泛的应用.考虑到抗干扰等因素,卫星通信上下行频率一般不同(频率间隔甚至相差较大),极化方式通常也不一样.这就对天线提出了双频双极化的要求。为此,许多文献提出了双频双极化天线,但其中大部分研究的是双线极化、线极化和圆极化或同种旋向的双极化方式.在具有较大的上下行频率间隔的收发频率上实现不同的左右旋圆极化双工通信仍然是一个值得研究的方向，另外,由于高次模、寄生辐射及色散特性的影响,微带天线的隔离度一般只有10-20dB。较差的端口的隔离度将严重影响通信质量,特别是在收发双工一体天线中,接收信号的强度通常比发射信号强度弱得多,更加容易被干扰.因此,如何获得高隔离度是卫星通信中一个非常迫切的问题。

发明内容

本发明的任务是提供一种阵列简单可靠，能够在不采用过于复杂结构形式前提下，同时实现左右旋圆极化的宽波束天线，使天线在俯仰面要求覆盖空域范围内满足增益要求的同时实现左右旋圆极化。具有宽波束左右旋圆极化天线，

解决所述问题的技术方案是，一种左右旋双圆极化宽波束天线，包括，天线接地板和单极子，其特征在于：按一定间隔排列在共金属的天线接地板圆周上的四个单极子,共同围绕一个圆心，以90°等圆周角均匀排列在共金属的天线接地板上，四个单极子通过天线接地板底部天线输入端口作为对应的馈电端口，按0°、90°、180°、270°和0°、-90°、-180°、-270°四个象限分布馈电，同时实现左右旋圆极化，构成一副具有宽波束的左右旋双圆极化单极天线

本发明具有如下有益效果。

本发明在利用传统四臂螺旋天线的设计思想，将四臂螺旋替换为结构简单的4个单极子，单极子以一个同心圆的按90°等圆周角共金属的接地板排列在圆周上，利用单极子之间的互藕效应，通过调整单极子到同一圆心的间距来避免合成方向图在顶点凹陷的形成，从而使得天线在俯仰面±75°覆盖空域内增益大于1.5dB°；通过分别对四个单极子天线输入端口进行0°、90°、180°、270°和0°、-90°、-180°、-270°馈电，使天线同时实现左右旋圆极化。通过上述结构布局和电气等设计，使天线在同时实现左右旋圆极化的同时具有宽波束特性。

天线设计简单可靠。在不增加额外复杂结构的前提下，实现了宽波束和左右旋圆极化的功能。图2中的4个单极子以一个同心圆的按90°等圆周角共金属地板排列在圆周上，这种结构简单可行，易于加工实现。

本发明的所设计的天线正常工作需要满足两个条件，条件一是在俯仰面±75°覆盖空域内如何实现增益大于1.5dB；条件二是如何同时实现左右旋圆极化。

本发明可以应用于卫星应用终端接收设备平台以及其他有类似性能要求的天线领域。

附图说明

图1是本发明宽波束左右旋双圆极化天线的立体结构示意图；

图2是图1的俯视图。

图3是图1的仰视图。

图中：1.单极子，2.单极子，3.单极子，4.单极子，5.单极子1的馈电端口,6.单极子2的馈电端口，7.单极子3的馈电端口，8.单极子4的馈电端口，9.天线地接板。

具体实施方式

参阅图1、图2。在以下描述的实施例中，一种左右旋双圆极化宽波束天线，包括，天线接地板和单极子。按一定间隔排列在共金属的天线接地板9圆周上的四个单极子,共同围绕一个圆心，以90°等圆周角均匀排列在共金属的天线接地板9上，四个单极子通过天线接地板底部天线输入端口作为对应的馈电端口，按0°、90°、180°、270°和0°、-90°、-180°、-270°四个象限分布馈电，同时实现左右旋圆极化，构成一副具有宽波束的左右旋双圆极化单极天线。单极子1、单极子2、单极子3、单极子4子以一个同心圆的形式阵列在圆周上。通过分别对四个单极子天线输入端口进行0°、90°、180°、270°和0°、-90°、-180°、-270°馈电，构成一副具有宽波束的左右旋双圆极化单极天线。调整单极子同一圆心的间距，即调整圆周半径，可以避免合成方向图在顶点凹陷的形成。分别对四个单极子天线输入端口进行0°、90°、180°、270°和0°、-90°、-180°、-270°馈电，从而获得左右旋双圆极化。

参阅图3。四个单极子通过天线地接板底部天线输入端口作为对应的馈电端口，单极子1的馈电端口5,单极子2的馈电端口6，单极子3的馈电端口7，单极子4的馈电端口8，按0°、90°、180°、270°和0°、-90°、-180°、-270°四个象限馈电，同时实现左右旋圆极化。宽波束左右旋双圆极化天线的外形尺寸为φ40mm×36mm，安装于卫星应用终端接收设备平台上，实现对卫星通讯信号的有效接收。利用单极子组成后的互藕效应和单极子到同一圆心的间距的调整使得该天线在俯仰面±75°覆盖空域内增益大于1.5dB°。

Claims (3)

1.一种左右旋双圆极化宽波束天线，包括，天线接地板和单极子，其特征在于：按一定间隔排列在共金属的天线接地板圆周上的四个单极子,共同围绕一个圆心，以90°等圆周角均匀排列在共金属的天线接地板上，四个单极子通过天线接地板底部天线输入端口作为对应的馈电端口，按0°、90°、180°、270°和0°、-90°、-180°、-270°四个象限分布馈电，同时实现左右旋圆极化，构成一副具有宽波束的左右旋双圆极化单极天线。

2.如权利要求1所述的左右旋双圆极化宽波束天线，其特征在于，利用单极子组成后的互藕效应和单极子到同一圆心的间距的调整使得该天线在俯仰面±75°覆盖空域内增益大于1.5dB°。

3.如权利要求1所述的左右旋双圆极化宽波束天线，其特征在于，分别对四个单极子天线输入端口进行0°、90°、180°、270°和0°、-90°、-180°、-270°馈电，从而获得左右旋双圆极化。