CN106532257A - 一种天线及通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种天线及通信系统，其馈电网络的四路输出信号均先通过空气耦合至下辐射面，再通过空气由所述下辐射面耦合至上辐射面，使得该天线具有良好的阻抗带宽，满足了全频段覆盖卫星的要求；且通过馈电网络四个型探针的输出端输出的四路输出信号，其幅度相等且相位依次相差90°，使得该天线具有良好的圆极化特性。

Description

一种天线及通信系统
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种天线及通信系统。
背景技术
近年来，卫星导航定位系统得到了越来越广泛的应用，由于天线是卫星导航定位系统中最关键的重要部件之一，起到了举足轻重的作用，因此通信系统及其天线也得到了迅速发展。
由于天线需要接收多颗导航定位卫星的信号才能进行导航和定位的计算，且卫星信号比较弱，所以，为了能够接收到尽量多的卫星信号及获得良好的信噪比，要求在可看到卫星的整个上半球上，天线能对所有卫星信号具有均匀的幅度响应，及宽波束特性的方向图。同时由于导航卫星发射右旋圆极化的导航信号，因此要求天线具有良好的右旋圆极化特性。
现有技术中的天线基本上都是针对GPS系统的微带天线，或者四臂螺旋天线，不能完全覆盖上半球的所有频段的卫星，且圆极化性能差。
发明内容
本发明提供一种天线及通信系统，以解决现有技术中不能完全覆盖上半球的所有频段的卫星且圆极化性能差的问题。
为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：
一种天线，包括：反射板、上辐射面、下辐射面及馈电网络；其中：
所述上辐射面及所述下辐射面均中心对称，且所述上辐射面及所述下辐射面的中心点分别通过结构件与所述反射板固定连接，并且所述上辐射面及所述下辐射面位于所述反射板的同一面；所述上辐射面与所述反射板之间的距离大于所述下辐射面与所述反射板之间的距离；
所述馈电网络设置于所述反射板上，所述馈电网络的四个输出端均为型探针、设置于所述下辐射面与所述反射板之间、输出四路幅度相等且相位依次相差90°的输出信号；
四路所述输出信号均先通过空气耦合至所述下辐射面，再通过空气由所述下辐射面耦合至所述上辐射面。
优选的，还包括：底板及至少一个扼流圈；所述扼流圈固定于所述底板上；
若所述扼流圈的个数大于1，则各个扼流圈同轴布置，且各个扼流圈的高度由内层至外层逐渐缩短；
所述反射板设置于最内层的扼流圈的卡槽上，所述反射板、所述上辐射面及所述下辐射面均位于所述最内层的扼流圈及所述底板围成的空间内部。
优选的，所述扼流圈的个数为4个。
优选的，所述馈电网络包括：一个180°宽带移相器、两个90°宽带移相器及三个四分之一波长的阻抗转换器；其中：所述两个90°宽带移相器分别为第一90°宽带移相器与第二90°宽带移相器；所述三个四分之一波长的阻抗转换器分别为第一阻抗转换器、第二阻抗转换器及第三阻抗转换器；
所述第一阻抗转换器的输入端为所述馈电网络的输入端；所述第一阻抗转换器的输出端与所述180°宽带移相器的输入端相连；
所述180°宽带移相器的两个输出端分别与所述第二阻抗转换器的输入端及所述第三阻抗转换器的输入端相连；
所述第二阻抗转换器的输出端与所述第一90°宽带移相器的输入端相连；
所述第三阻抗转换器的输出端与所述第二90°宽带移相器的输入端相连；
所述第一90°宽带移相器的两个输出端与所述第二90°宽带移相器的两个输出端为所述馈电网络的四个输出端。
优选的，所述反射板、所述上辐射面及所述下辐射面均为圆形。
一种通信系统，包括上述任一所述的天线。
本发明提供的天线，其馈电网络的四路输出信号均先通过空气耦合至下辐射面，再通过空气由所述下辐射面耦合至上辐射面，使得该天线具有良好的阻抗带宽，满足了全频段覆盖卫星的要求；且通过馈电网络四个型探针的输出端输出的四路输出信号，其幅度相等且相位依次相差90°，使得该天线具有良好的圆极化特性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的天线的结构示意图；
图2是本发明另一实施例提供的天线的另一结构示意图；
图3是本发明另一实施例提供的馈电网络的电路图；
图4是本发明另一实施例提供的馈电网络的结构示意图；
图5是本发明另一实施例提供的馈电网络的S参数仿真图；
图6是本发明另一实施例提供的馈电网络的输出信号相位图；
图7是本发明另一实施例提供的天线的整体S参数仿真图；
图8是本发明另一实施例提供的天线的整体仿真增益图；
图9是本发明另一实施例提供的天线的整体仿真轴比图。
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。
本发明提供一种天线，以解决现有技术中不能完全覆盖上半球的所有频段的卫星且圆极化性能差的问题。
具体的，所述天线，如图1所示，包括：反射板101、上辐射面102、下辐射面103及馈电网络104；其中：
上辐射面102及下辐射面103均中心对称，且上辐射面102及下辐射面103的中心点分别通过结构件与反射板101固定连接，并且上辐射面102及下辐射面103位于反射板101的同一面；上辐射面102与反射板101之间的距离大于下辐射面103与反射板101之间的距离；
馈电网络104设置于反射板101上，馈电网络104的四个输出端均为型探针、设置于下辐射面103与反射板101之间、输出四路幅度相等且相位依次相差90°的输出信号；
四路所述输出信号均先通过空气耦合至下辐射面103，再通过空气由下辐射面103耦合至上辐射面102。
具体的工作原理为：
馈电网络104的四路所述输出信号均先通过空气耦合至下辐射面103，再通过空气由下辐射面103耦合至上辐射面102，由于空气的介电常数为1，使得该天线具有良好的阻抗带宽，满足了全频段覆盖卫星的要求；且通过馈电网络104四个型探针的输出端输出的四路输出信号，其幅度相等且相位依次相差90°，使得该天线具有良好的圆极化特性。
本实施例提供的该天线，不仅满足了全频段覆盖卫星的要求，且具有良好的圆极化特性，解决了现有技术中不能完全覆盖上半球的所有频段的卫星且圆极化性能差的问题。
本发明另一实施例还提供了另外一种天线，包括图1所示的：反射板101、上辐射面102、下辐射面103、馈电网络104，以及图2所示的底板202及至少一个扼流圈201；其中：
上辐射面102及下辐射面103均中心对称，且上辐射面102及下辐射面103的中心点分别通过结构件与反射板101固定连接，并且上辐射面102及下辐射面103；上辐射面102与反射板101之间的距离大于下辐射面103与反射板101之间的距离；
馈电网络104设置于反射板101上，馈电网络104的四个输出端均为型探针、设置于下辐射面103与反射板101之间、输出四路幅度相等且相位依次相差90°的输出信号；
四路所述输出信号均先通过空气耦合至下辐射面103，再通过空气由下辐射面103耦合至上辐射面102。
扼流圈201固定于底板202上；
若扼流圈201的个数大于1，则各个扼流圈201同轴布置，且各个扼流圈201的高度由内层至外层逐渐缩短；
反射板101设置于最内层的扼流圈201的卡槽200上，反射板101、上辐射面102及下辐射面103均位于最内层的扼流圈201及底板202围成的空间内部。
优选的，参见图2，扼流圈201的个数为4个。
优选的，所述反射板、所述上辐射面及所述下辐射面均为圆形。
本实施例提供的该天线，不仅满足了全频段覆盖卫星的要求，且具有良好的圆极化特性，解决了现有技术中不能完全覆盖上半球的所有频段的卫星且圆极化性能差的问题。另外，通过加载高度分别为宽带范围内1/4波长的扼流圈201，抑制了反射信号的传播，使得该天线具有了抗多径效应的能力，提高了定位精度。
在具体的实际应用中，扼流圈201的个数可以多于4个，以抑制更多不同波长反射信号的传播；此处并不做具体限定，可以视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。
本发明另一实施例还提供了另外一种天线，参见图1，包括：反射板101、上辐射面102、下辐射面103及馈电网络104；其中：
上辐射面102及下辐射面103均中心对称，且上辐射面102及下辐射面103的中心点分别通过结构件与反射板101固定连接，并且上辐射面102及下辐射面103位于反射板101的同一面；上辐射面102与反射板101之间的距离大于下辐射面103与反射板101之间的距离；
馈电网络104设置于反射板101上，馈电网络104的四个输出端均为型探针、设置于下辐射面103与反射板101之间、输出四路幅度相等且相位依次相差90°的输出信号；
四路所述输出信号均先通过空气耦合至下辐射面103，再通过空气由下辐射面103耦合至上辐射面102。
优选的，如图2所示，该天线还包括：底板202及至少一个扼流圈201；扼流圈201固定于底板202上；
若扼流圈201的个数大于1，则各个扼流圈201同轴布置，且各个扼流圈201的高度由内层至外层逐渐缩短；
反射板101设置于最内层的扼流圈201的卡槽200上，反射板101、上辐射面102及下辐射面103均位于最内层的扼流圈201及底板202围成的空间内部。
优选的，馈电网络的电路图如图3所示，包括：一个180°宽带移相器301、两个90°宽带移相器及三个四分之一波长的阻抗转换器；其中：
所述两个90°宽带移相器分别为：第一90°宽带移相器302与第二90°宽带移相器303；
所述三个四分之一波长的阻抗转换器分别为：第一阻抗转换器304、第二阻抗转换器305及第三阻抗转换器306；
第一阻抗转换器304的输入端为馈电网络104的输入端；第一阻抗转换器304的输出端与所述180°宽带移相器的输入端相连；
180°宽带移相器301的两个输出端分别与第二阻抗转换器305的输入端及第三阻抗转换器306的输入端相连；
第二阻抗转换器305的输出端与第一90°宽带移相器302的输入端相连；
第三阻抗转换器306的输出端与第二90°宽带移相器303的输入端相连；
第一90°宽带移相器302的两个输出端与第二90°宽带移相器303的两个输出端为馈电网络104的四个输出端。
具体的工作原理为：
输入信号由输入端1通过第一阻抗转换器304，再经过180°宽带移相器301后分成两路分别输出到第一90°宽带移相器302与第二90°宽带移相器303。其中一路没有经过延迟，直接输入第一90°宽带移相器302后，从输出端2和输出端3输出幅度相等、相对相位为0°和90°的输出信号；另一路经过了180°的相位延迟，再输入第二90°宽带移相器303后，从输出端4和输出端5输出幅度相等、相对相位为180°和270°的输出信号。
因此，一个输入信号经过馈电网络104后，成功地变成四路幅度相等、相位依次相差90°的输出信号。
在具体的实际应用中，馈电网络的结构图可以参见图4，仅为一种示例，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。
馈电网络104的仿真结果如图5、图6所示。
当天线包括图2所示的4个扼流圈时，该天线的整体仿真结构参见图7、图8及图9。
值得说明的是，现有技术中的天线，一般难以实现宽波束，而本实施例所述的天线，通过仿真结果可以看出，其具有较好的宽波束特性，且轴比低，能够覆盖全频段卫星，具有圆极化、宽波束、低轴比抗多径的多种特性，更为利于应用。
具体的工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。
本发明另一实施例还提供了一种通信系统，包括上述实施例任一所述的天线。
具体的连接关系及工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。
本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种天线，其特征在于，包括：反射板、上辐射面、下辐射面及馈电网络；其中：
所述上辐射面及所述下辐射面均中心对称，且所述上辐射面及所述下辐射面的中心点分别通过结构件与所述反射板固定连接，并且所述上辐射面及所述下辐射面位于所述反射板的同一面；所述上辐射面与所述反射板之间的距离大于所述下辐射面与所述反射板之间的距离；
所述馈电网络设置于所述反射板上，所述馈电网络的四个输出端均为型探针、设置于所述下辐射面与所述反射板之间、输出四路幅度相等且相位依次相差90°的输出信号；
四路所述输出信号均先通过空气耦合至所述下辐射面，再通过空气由所述下辐射面耦合至所述上辐射面。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，还包括：底板及至少一个扼流圈；所述扼流圈固定于所述底板上；
若所述扼流圈的个数大于1，则各个扼流圈同轴布置，且各个扼流圈的高度由内层至外层逐渐缩短；
所述反射板设置于最内层的扼流圈的卡槽上，所述反射板、所述上辐射面及所述下辐射面均位于所述最内层的扼流圈及所述底板围成的空间内部。
3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述扼流圈的个数为4个。
4.根据权利要求1至3任一所述的天线，其特征在于，所述馈电网络包括：一个180°宽带移相器、两个90°宽带移相器及三个四分之一波长的阻抗转换器；其中：所述两个90°宽带移相器分别为第一90°宽带移相器与第二90°宽带移相器；所述三个四分之一波长的阻抗转换器分别为第一阻抗转换器、第二阻抗转换器及第三阻抗转换器；
所述第一阻抗转换器的输入端为所述馈电网络的输入端；所述第一阻抗转换器的输出端与所述180°宽带移相器的输入端相连；
所述180°宽带移相器的两个输出端分别与所述第二阻抗转换器的输入端及所述第三阻抗转换器的输入端相连；
所述第二阻抗转换器的输出端与所述第一90°宽带移相器的输入端相连；
所述第三阻抗转换器的输出端与所述第二90°宽带移相器的输入端相连；
所述第一90°宽带移相器的两个输出端与所述第二90°宽带移相器的两个输出端为所述馈电网络的四个输出端。
5.根据权利要求1至3任一所述的天线，其特征在于，所述反射板、所述上辐射面及所述下辐射面均为圆形。
6.一种通信系统，其特征在于，包括权利要求1至5任一所述的天线。
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