CN106532247A - 一种双频圆极化赋形天线 - Google Patents

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陈莽
杨博昆
陈海英
王晓飞
金文�
王健
朱敏
徐凡
徐晶
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Abstract

本发明公开了一种双频圆极化赋形天线，包括上层印制板、下层印制板、金属底座、射频连接器和馈电网络，通过金属探针与覆铜层相对位置以及下层印制板金属化过孔结构共同作用，实现了在防隔热天线窗安装环境下的方向图赋形，降低了安装环境对低仰角方向图的遮挡，优化了天线方向图辐射性能。

Description

一种双频圆极化赋形天线
技术领域
本发明涉及一种双频圆极化赋形天线，具体涉及一种通过层叠微带结构形式实现的双频天线，属于方向图赋形天线领域。
背景技术
在飞行器测控领域，飞行器载体上的测控天线作为射频收发前端，受到安装环境的制约需要进行小型化集成化设计，一方面需要通过共口径设计实现同一天线覆盖多个频点，另一刚面需要根据安装环境尤其是防隔热天线窗覆盖环境的制约，对天线方向图进行赋形设计以保证在载体安装环境下能够有较好的方向图辐射性能。
普通微带天线实现双频辐射，通常需要开设两个独立的天线窗口或者开设一个较大的天线窗口，降低载体强度，占用飞行器空间。
普通微带天线在防隔热天线窗覆盖环境下，低仰角方向图辐射性能会受到窗口遮挡，造成低仰角方向图辐射性能降低。
发明内容
本发明的技术解决问题：为克服现有技术的不足，提供一种双频圆极化赋形天线，以在共用天线窗口径下，实现了双频工作，并优化天线方向图辐射性能。
本发明的技术解决方案：
一种双频圆极化赋形天线，包括上层印制板、下层印制板、金属底座、射频连接器和馈电网络，
金属底座为空腔结构，馈电网络置于空腔中，与金属底座为一体结构，馈电网络上表面安装有第一金属探针和第二金属探针，上层印制板、下层印制板设置在金属底座顶部，边界轮廓与金属底座边界重合，下层印制板、上层印制板分别开有与第一金属探针和第二金属探针位置对应的通孔，馈电网络通过第一金属探针与下层印制板连接，第二金属探针穿过下层印制板与上层印制板进行连接，
上层印制板上表面加工有第一覆铜层，第一覆铜层中心距于金属探针一定距离，在指定工作带宽内产生等幅正交电磁场分量；下层印制板上表面加工有第二覆铜层，第二覆铜层中心相对于金属探针一定距离，在指定工作带宽内产生等幅正交电磁场分量，下层印制板上开有金属化过孔，调节金属化过孔位置相对于第一金属探针距离，以调节阻抗匹配。
根据公式确定印制板厚度，
其中，BW为天线工作带宽，S为电压驻波比值，c0为真空光速，εe为等效介电常数，fr为天线工作频率下边频，h为印制板厚度。
印制板覆铜层的长L和宽W满足如下关系：
其中，c0为光速，εe为等效介电常数，L和W为覆铜层的长和宽，fr为天线工作频率下边频，h为印制板厚度。
以天线印制板平面中心为坐标原点，建立直角坐标系，X、Y轴分别与印制板两邻边平行，第一金属探针在第二象限，第二金属探针在底三象限，第一覆铜层中心相对于金属探针距离沿X轴正方向为1mm～20mm，沿Y轴正方向为1mm～20mm。
第二覆铜层中心相对于第二金属探针距离沿X轴正方向为1mm～30mm，沿Y轴正方向为1mm～30mm。
金属化过孔位置相对于第一金属探针距离沿X正方向2～20mm，距离沿Y正方向距离0～10mm。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明采用双层覆铜印制板结构，通过第一覆铜层和第二覆铜层覆盖不同的工作频段，因此在共用天线窗口径下，实现了双频工作；
(2)本发明通过覆铜层与金属探针相对距离的调整，从而在指定工作带宽内产生了等幅正交的电磁场分量，实现了良好的圆极化辐射性能；
(3)本发明金属探针与覆铜层相对位置以及下层印制板金属化过孔结构共同作用，实现了在防隔热天线窗安装环境下的方向图赋形，降低了安装环境对低仰角方向图的遮挡，优化了天线方向图辐射性能。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明上层印制板结构图；
图3为本发明下层印制板结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。
本发明双频圆极化赋形天线采用了层叠微带天线结构，由不同的辐射贴片覆盖不同的工作频段，从而实现了共口径即单一口径的双频工作；并通过斜角背馈的馈电方式，实现了宽带阻抗匹配和圆极化辐射；双层贴片通过对形状的优化及对调谐短路金属过孔位置的调整，实现了天线方向图赋形，改善了厚防隔热天线窗下天线的方向图辐射性能。
具体的，
如图1所示，一种双频圆极化赋形天线，包括上层印制板2、下层印制板3、金属底座5、射频连接器8和馈电网络9，
金属底座5为空腔结构，馈电网络9置于空腔中，与金属底座5为一体结构，馈电网络9上表面安装有第一金属探针10和第二金属探针13，上层印制板2、下层印制板3设置在金属底座5顶部，边界轮廓与金属底座5边界重合，下层印制板3、上层印制板2分别开有与第一金属探针10和第二金属探针13位置对应的通孔，馈电网络9通过第一金属探针10与下层印制板3连接，第二金属探针13穿过下层印制板3与上层印制板2进行连接，
如图2所示，上层印制板2上表面加工有第一覆铜层14，第一覆铜层14中心距于金属探针10一定距离，在指定工作带宽内产生等幅正交电磁场分量；如图3所示，下层印制板3上表面加工有第二覆铜层12，第二覆铜层12中心相对于金属探针13一定距离，在指定工作带宽内产生等幅正交电磁场分量，下层印制板3上开有金属化过孔14，调节金属化过孔14位置相对于第一金属探针10距离，以调节阻抗匹配，可实现50欧姆良好阻抗匹配。
以天线印制板平面中心为坐标原点，建立直角坐标系，X、Y轴分别与印制板两邻边平行，第一金属探针10在第二象限，第二金属探针13在底三象限，第一覆铜层14中心相对于第一金属探针10距离沿X轴正方向为1mm～20mm，沿Y轴正方向为1mm～20mm。
第二覆铜层12中心相对于第二金属探针13距离沿X轴正方向为1mm～30mm，沿Y轴正方向为1mm～30mm。
金属化过孔14位置相对于第一金属探针10距离沿X正方向2～20mm，距离沿Y正方向距离0～10mm。
根据公式确定印制板厚度，
其中，BW为天线工作带宽，S为电压驻波比值，c0为真空光速，εe为等效介电常数，fr为天线工作频率下边频，h为印制板厚度。
印制板覆铜层的长L和宽W满足如下关系：
其中，c0为光速，εe为等效介电常数，L和W为覆铜层的长和宽，fr为天线工作频率下边频，h为印制板厚度。
本发明工作原理为：天线整体结构安装于载体双频共用天线窗下，双频电磁信号通过双频共用天线窗分别被第一覆铜层14和第二覆铜层12接收后，通过第一金属探针10和第二金属探针13转入馈电网络9，再通过馈电网络9转入射频连接器8，通过射频连接器8将信号转入后端接收机设备使用。同时接收机将直流信号通过射频电缆供给射频连接器8，并通过射频连接器8供给馈电网络9，实现馈电网络直流供电要求。
本发明通过金属探针与覆铜层相对位置以及下层印制板金属化过孔结构共同作用，实现了在防隔热天线窗安装环境下的方向图赋形，降低了安装环境对低仰角方向图的遮挡，优化了天线方向图辐射性能。
本发明可以通过改变金属贴片尺寸、馈电结构尺寸和调整带线宽度的方式，使天线工作在不同的工作频率中，使这种天线形式具有灵活的适应性。可以广泛地应用于飞行器测控、通信等军事领域，具有很强的实用意义。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种双频圆极化赋形天线，其特征在于，包括上层印制板(2)、下层印制板(3)、金属底座(5)、射频连接器(8)和馈电网络(9)，
金属底座(5)为空腔结构，馈电网络(9)置于空腔中，与金属底座(5)为一体结构，馈电网络(9)上表面安装有第一金属探针(10)和第二金属探针(13)，上层印制板(2)、下层印制板(3)设置在金属底座(5)顶部，边界轮廓与金属底座(5)边界重合，下层印制板(3)、上层印制板(2)分别开有与第一金属探针(10)和第二金属探针(13)位置对应的通孔，馈电网络(9)通过第一金属探针(10)与下层印制板(3)连接，第二金属探针(13)穿过下层印制板(3)与上层印制板(2)进行连接，
上层印制板(2)上表面加工有第一覆铜层(14)，第一覆铜层(14)中心距于金属探针(10)一定距离，在指定工作带宽内产生等幅正交电磁场分量；下层印制板(3)上表面加工有第二覆铜层(12)，第二覆铜层(12)中心相对于金属探针(13)一定距离，在指定工作带宽内产生等幅正交电磁场分量，下层印制板(3)上开有金属化过孔(14)，调节金属化过孔(14)位置相对于第一金属探针(10)距离，以调节阻抗匹配。
2.如权利要求1所述的一种双频圆极化赋形天线，其特征在于，根据公式确定印制板厚度，
其中，BW为天线工作带宽，S为电压驻波比值，c0为真空光速，εe为等效介电常数，fr为天线工作频率下边频，h为印制板厚度。
3.如权利要求1所述的一种双频圆极化赋形天线，其特征在于，印制板覆铜层的长L和宽W满足如下关系：
f r = c 0 2 ϵ e ( L + 0.824 h ( ϵ e + 0.3 ) ( W h + 0.264 ) ( ϵ e - 0.258 ) ( W h + 0.813 ) )
其中，c0为光速，εe为等效介电常数，L和W为覆铜层的长和宽，fr为天线工作频率下边频，h为印制板厚度。
4.如权利要求1所述的一种双频圆极化赋形天线，其特征在于，以天线印制板平面中心为坐标原点，建立直角坐标系，X、Y轴分别与印制板两邻边平行，第一金属探针(10)在第二象限，第二金属探针(13)在底三象限，第一覆铜层(14)中心相对于第一金属探针(10)距离沿X轴正方向为1mm～20mm，沿Y轴正方向为1mm～20mm。
5.如权利要求4所述的一种双频圆极化赋形天线，其特征在于，第二覆铜层(12)中心相对于第二金属探针(13)距离沿X轴正方向为1mm～30mm，沿Y轴正方向为1mm～30mm。
6.如权利要求5所述的一种双频圆极化赋形天线，其特征在于，金属化过孔(14)位置相对于第一金属探针(10)距离沿X正方向2～20mm，距离沿Y正方向距离0～10mm。
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