CN108011182A - 一种圆极化天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高低仰角增益的小型化圆极化天线，包括依次层叠的防护罩、耦合板、辐射板、馈电板、接地板、安装板，以及射频连接器、连接导体和馈电导体；耦合板上表面光有辐射贴片；耦合板通过其下表面设置在辐射板的上表面上；辐射板上表面有辐射贴片；辐射板通过其下表面设置在馈电板上；馈电板下表面光有印制线，印制线上安装有功分移相器件和电阻；馈电板的下表面紧贴接地板的上表面设置；接地板的下表面紧贴安装板设置；两个连接导体的上端固定在辐射板的馈电点位置、下端固定在馈电板上安装功分移相器件的两个馈电端口；馈电导体一端固定在馈电板上，另一端插入到射频连接器中；本发明提供的圆极化天线在提高低仰角增益的同时实现了圆极化天线的小型化。

Description

一种圆极化天线
技术领域
本发明属于卫星导航系统技术领域，具体涉及一种提高低仰角增益的小型化圆极化天线。
背景技术
卫星导航系统中，要求天线的波束宽度角度，对天线的低仰角增益要求较高，低仰角增益对收星定位能力有很大的影响，这种影响对卫星导航系统的性能有决定性的影响，因此，提高天线的低仰角增益非常重要。
如公开号为CN102780091A、名称为一种高低仰角增益圆极化螺旋天线的专利所公开的现有的卫星导航天线所公开的技术方案，通过调节十字形交叉振子寄生单元的振子长度，在保持圆极化天线良好辐射性能的同时，提高低仰角5°处增益到0dB以上，虽然可满足使用要求，但其低仰角增益较低，可实现的系统冗余较小，对目前的导航接收系统的定位精度存在影响，而且尺寸较大，结构复杂，不能适应目前小型化、高性能的技术要求。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种圆极化天线，其目的在于解决现有卫星导航天线低仰角增益较低的问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种圆极化天线，包括耦合板、辐射板、馈电板、接地板、安装板、射频连接器，以及连接导体和馈电导体；
耦合板、辐射板、馈电板和接地板依次层叠安装在安装板的上表面；
耦合板的上表面光刻有辐射贴片；耦合板通过其下表面设置在辐射板的上表面上；
辐射板的上表面光刻有辐射贴片；辐射板通过其下表面设置在馈电板上；
馈电板的下表面光刻有印制线，印制线上安装有功分移相器件和电阻；馈电板的下表面紧贴接地板的上表面设置；
接地板的下表面紧贴安装板设置；
两个连接导体均贯穿辐射板和馈电板，连接导体的上端固定在辐射板的馈电点位置、下端固定在馈电板上安装功分移相器件的两个馈电端口；
馈电导体的一端穿过安装板、接地板上的开孔焊接在馈电板上，另一端插入到射频连接器中；
耦合板用于耦合信号；辐射板用于辐射信号；馈电板用于将接收到的信号传输到射频连接器；接地板用于保护馈电板上的印制线；安装板用于固定上述组件；射频连接器用于将接收到信号输出；连接导体用于连接辐射板和馈电板；馈电导体用于将信号传输到射频连接器中。
优选的，上述的圆极化天线，还包括扣装在耦合板上的防护罩，防护罩用于保护天线辐射面，并起到防热防尘防盐雾沙尘的效果。
优选的，上述的圆极化天线，其耦合板的上表面光刻的辐射贴片大体为矩形，矩形的各边均具有N个凸起的小矩形；其中，N为不小于3的自然数。
优选的，上述的圆极化天线，其辐射板的上表面光刻的辐射贴片大体为矩形，矩形的各边均具有M个凸起的小矩形；其中，M为不小于3的自然数。
优选的，上述的圆极化天线，其耦合板形状和辐射板形状一致，尺寸略小于辐射板尺寸；为便于调试，形状选用矩形。
优选的，上述的圆极化天线，其馈电板的下表面设有印制线，印制线上安装有功分移相器件，用于将两个连接导体接收到的信号通过移相器使其中一路信号产生90°的移相，再通过功分器将两路信号等幅合成，合成后的信号通过馈电导体传输到射频连接器中。
优选的，上述的圆极化天线，其防护罩可选用介电常数2.2～4.6的透波材料，厚度1mm～10mm，尺寸优选(40mm～60mm)×(40mm～60mm)。
优选的，上述的的圆极化天线，其耦合板优选介电常数3.5～16的射频复合低损耗材料，尺寸优选(30mm～50mm)×(30mm～50mm)，耦合板上的辐射贴片优选金、铜、银，尺寸优选(25mm～30mm)×(25mm～30mm)。
优选的，上述的圆极化天线，其辐射板优选介电常数3.5～16的射频复合低损耗材料，尺寸优选(30mm～50mm)×(30mm～50mm)，辐射板上的辐射贴片优选金、铜、银，尺寸优选(28mm～32mm)×(28mm～32mm)。
优选的，上述的圆极化天线，其馈电板优选介电常数2.2～3.5的射频复合低损耗材料，尺寸优选(30mm～50mm)×(30mm～50mm)，馈电板上的印制线优选金、铜、银。
优选的，上述的圆极化天线，其接地板选介电常数2.2～3.5的射频复合低损耗材料，尺寸优选(30mm～50mm)×(30mm～50mm)，接地板上的印制线优选金、铜、银。
进一步优选的，上述的圆极化天线，其防护罩选用介电常数3.5的透波材料，厚度2mm，尺寸为55mm×55mm；耦合板选用介电常数9.6的复合低损耗材料，尺寸为50mm×50mm，耦合板2的辐射贴片为金，尺寸为30mm×30mm；辐射板选用介电常数9.6的复合低损耗材料，尺寸为50mm×50mm，辐射板上的辐射贴片为金，尺寸为36mm×36mm；馈电板选用介电常数3.5的材料，尺寸为50mm×50mm，印制线材料为金；接地板选用介电常数3.5的材料，尺寸为50mm×50mm，印制线材料为金。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明提供的圆极化天线，与现有技术相比较而言，在辐射板上增加了耦合板，在起到耦合信号的作用的同时相当于增加了辐射基材的厚度，可起到提高天线的低仰角增益的作用；
(2)本发明提供的圆极化天线，与现有技术相比较而言，将辐射板上的矩形辐射贴片进行了改进，采用矩形辐射贴片加辐射枝节的方式，在同样辐射边长下减小了辐射贴片的面积,进而实现了圆极化天线的小型化；
本发明提供的圆极化天线不仅适用于L波段弹上导航系统，也适用于技术阵地、实验室、舰载、星载、车载等使用环境；本发明不仅适用于导航系统，也适用于各种抗干扰系统和控制系统。
附图说明
图1是本发明提供的圆极化天线的一个实施例的结构示意图；
图2是实施例提供的圆极化天线的耦合板结构示意图；
图3是实施例提供的圆极化天线的辐射板结构示意图；
图4是实施例提供的圆极化天线的馈电板结构示意图；
图5是实施例提供的圆极化天线的安装板结构示意图；
图6是实施例提供的圆极化天线的可达到的方向图示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-防护罩、2-耦合板、3-辐射板、4-馈电板、5-接地板、6-安装板、7-射频连接器，8-连接导体、9-馈电导体。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1所示为本发明提供的圆极化天线的一个实施例的结构示意图；包括防护罩1、耦合板2、辐射板3、馈电板4、接地板5、安装板6、射频连接器7，以及两根连接导体8和馈电导体9；
防护罩1扣装在耦合板2上；耦合板2、辐射板3、馈电板4和接地板5依次层叠安装在安装板6的上表面；
耦合板2的上表面光刻有辐射贴片；耦合板2通过其下表面设置在辐射板3的上表面上；
辐射板3的上表面光刻有辐射贴片；辐射板3通过其下表面设置在馈电板4上；
馈电板4的下表面光刻有印制线，印制线上安装有功分移相器件和电阻；馈电板4的下表面紧贴接地板5的上表面设置；
接地板5的下表面紧贴安装板6设置；
两个连接导体8均贯穿辐射板3和馈电板4，连接导体8的上端固定在辐射板3的馈电点位置、下端固定在馈电板4上安装功分移相器件的两个馈电端口；
馈电导体9的一端穿过安装板6、接地板5上的开孔焊接在馈电板4上，另一端插入到射频连接器7中。
实施例提供的圆极化天线的耦合板2的结构如图2所示，耦合板2的上表面光刻的辐射贴片大体为矩形，矩形的各边均具有3个凸起的小矩形，可实现小型化；耦合板2的四角上的圆孔为安装螺钉孔；
施例提供的圆极化天线的辐射板3的结构如图3所示，辐射板3的上表面光刻的辐射贴片大体为矩形，矩形的各边均具有3个凸起的小矩形，可实现小型化；辐射板3的四角上的圆孔为安装螺钉孔；
施例提供的圆极化天线的馈电板4的结构如图4所示，馈电板4的下表面设有通过光刻制备的印制线，用于将两个连接导体8接收到的信号通过功分移相器件和电阻进行等幅、相位相差90度的合成，合成后的信号通过馈电导体9传输到射频连接器7中；图4中，右上方粗线边框示意的是电阻，其左下方黑色粗线边框示意的是功分移相器件。
实施例提供的圆极化天线的接地板5的结构如图5所示；接地板5用于保护馈电板上的印制线。
实施例提供的上述圆极化天线，相比于现有技术而言，一方面，在辐射板2上增加耦合板3，相当于增加了辐射基材的厚度，可起到提高天线的低仰角增益的作用；
另一方面，实施例提供的上述圆极化天线通过将传统辐射板上的矩形辐射贴片进行改进形成矩形贴片加辐射枝节的方式，在保证辐射边长不变的情况下减小了辐射贴片面积,从而实现了圆极化天线的小型化，起到在提高天线的低仰角增益的同时实现天线的小型化的作用。
本发明提供的圆极化天线中，防护罩1可选用介电常数2.2～4.6的透波材料，厚度1mm～10mm，尺寸优选(40mm～60mm)×(40mm～60mm)；耦合板2优选介电常数3.5～16的射频复合低损耗材料，尺寸优选(30mm～50mm)×(30mm～50mm)，耦合板2上的辐射贴片优选金、铜、银，尺寸优选(25mm～30mm)×(25mm～30mm)；辐射板3优选介电常数3.5～16的射频复合低损耗材料，尺寸优选(30mm～50mm)×(30mm～50mm)，耦合板2上的辐射贴片优选金、铜、银，尺寸优选(28mm～32mm)×(28mm～32mm)；馈电板4优选介电常数2.2～3.5的射频复合低损耗材料，尺寸优选(30mm～50mm)×(30mm～50mm)，馈电板4上的印制线优选金、铜、银；接地板5选介电常数2.2～3.5的射频复合低损耗材料，尺寸优选(30mm～50mm)×(30mm～50mm)，接地板5上的印制线优选金、铜、银。
本实施例中，防护罩1选用介电常数3.5的透波材料，厚度2mm，尺寸为55mm×55mm；耦合板2选用介电常数9.6的复合低损耗材料，尺寸为50mm×50mm，耦合板2上的辐射贴片为金，尺寸为30mm×30mm；辐射板3选用介电常数9.6的复合低损耗材料，尺寸为50mm×50mm，辐射板3上的辐射贴片为金，尺寸为36mm×36mm；馈电板4选用介电常数3.5的材料，尺寸为50mm×50mm，印制线材料为金；接地板5选用介电常数3.5的材料，尺寸为50mm×50mm，印制线材料为金。
实施例提供的圆极化天线的可达到的方向图如图6所示，从该图可看出：在±60°范围内增益大于0dB，显著高于现有的±50°范围内增益大于－2dB。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种圆极化天线，其特征在于，包括耦合板、辐射板、馈电板、接地板、安装板、射频连接器，以及连接导体和馈电导体；
所述耦合板、辐射板、馈电板和接地板依次层叠安装在安装板的上表面；
所述耦合板的上表面设有辐射贴片；耦合板通过其下表面设置在辐射板的上表面上；所述耦合板的上表面设置的辐射贴片大体为矩形，矩形的各边均具有N个凸起的小矩形；其中，N为不小于3的自然数；
所述辐射板的上表面设有辐射贴片；辐射板通过其下表面设置在馈电板上；所述辐射板的上表面设置的辐射贴片大体为矩形，矩形的各边均具有M个凸起的小矩形；其中，M为不小于3的自然数；
所述馈电板的下表面光刻有印制线，印制线上安装有功分移相器件和电阻；馈电板的下表面紧贴接地板的上表面设置；所述接地板的下表面紧贴安装板设置；
两个所述连接导体均贯穿辐射板和馈电板，连接导体的上端固定在辐射板的馈电点位置、下端固定在馈电板上安装功分移相器件的两个馈电端口；所述馈电导体的一端穿过安装板、接地板上的开孔焊接在馈电板上，另一端插入到射频连接器中。
2.如权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于，所述馈电板的下表面设有印制线，印制线上设置有功分移相器件，用于将两个连接导体接收到的信号通过移相器使其中一路信号产生90°的移相，再通过功分器将两路信号等幅合成，合成后的信号通过馈电导体传输到射频连接器中。
3.如权利要求1或2所述的圆极化天线，其特征在于，还包括扣装在耦合板上的防护罩，所述防护罩用于保护天线辐射面，并起到防热防尘防盐雾沙尘的效果。
4.如权利要求3所述的圆极化天线，其特征在于，所述防护罩选用介电常数为2.2～4.6的透波材料，厚度为1mm～10mm，尺寸为(40mm～60mm)×(40mm～60mm)。
5.如权利要求4所述的圆极化天线，其特征在于，所述耦合板采用介电常数为3.5～16的射频复合低损耗材料，尺寸为(30mm～50mm)×(30mm～50mm)，耦合板上的辐射贴片为金、铜或银，尺寸为(25mm～30mm)×(25mm～30mm)。
6.如权利要求5所述的圆极化天线，其特征在于，所述辐射板采用介电常数3.5～16的射频复合低损耗材料，尺寸为(30mm～50mm)×(30mm～50mm)，辐射板上的辐射贴片材料为金、铜或银，尺寸为(28mm～32mm)×(28mm～32mm)。
7.如权利要求6所述的圆极化天线，其特征在于，所述馈电板采用介电常数为2.2～3.5的射频复合低损耗材料，尺寸为(30mm～50mm)×(30mm～50mm)，馈电板上的印制线材料为金、铜或银。
8.如权利要求7所述的圆极化天线，其特征在于，所述接地板采用介电常数为2.2～3.5的射频复合低损耗材料，尺寸为(30mm～50mm)×(30mm～50mm)，接地板上的印制线材料为金、铜或银。
9.如权利要求1或2或4～8任一项所述的圆极化天线，其特征在于，所述防护罩采用介电常数为3.5的透波材料，厚度2mm，尺寸为55mm×55mm；耦合板采用介电常数为9.6的复合低损耗材料，尺寸为50mm×50mm，耦合板2的辐射贴片为金，尺寸为30mm×30mm；辐射板采用介电常数为9.6的复合低损耗材料，尺寸为50mm×50mm，辐射板上的辐射贴片为金，尺寸为36mm×36mm；馈电板采用介电常数为3.5的材料，尺寸为50mm×50mm，印制线材料为金；接地板采用介电常数3.5的材料，尺寸为50mm×50mm，印制线材料为金。
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