CN108461913A - 一种双圆极化锥状波束天线 - Google Patents

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章朋
徐文虎
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Abstract

本发明公开了一种双圆极化锥状波束天线，其特征在于：包括从上至下依次设置的天线辐射体、天线基板、天线接地板、定向耦合器基板和定向耦合器，天线辐射体为圆形的金属贴片并具有能工作在TM21模或TM31模下的尺寸，天线辐射体和定向耦合器分别对应的设有两个馈电点，馈电点通过金属化过孔将天线辐射体和定向耦合器相连，定向耦合器能通过馈电点对天线辐射体进行等辐、差相90°的双馈电，使天线辐射体产生圆极化。本发明通过改变径向夹角的大小，即改变馈电点之间的距离，从而使得馈电点之间的互耦降低，改善天线的轴比性能。且没有增加额外的设施，本发明的天线具有结构简单、剖面低、批次性高的优点。

Description

一种双圆极化锥状波束天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体地，涉及一种实现双圆极化圆锥波束的天线。
背景技术
圆极化天线由于其旋电特性，可以接收任意极化方向的线极化信号，在无线通信领域中的应用越来越广泛。而在卫星通信领域，电磁波通过电离层时会发生法拉第旋转效应，为避免信号因电场旋转带来的极化损失，故卫星通信天线多采用圆极化天线。
按照波束形状分，通常卫星通信地面天线有如下两类：一是圆锥波束天线，二是定向波束天线。前者不需要调整天线方向，可以实现一定倾角范围内任意方向的卫星信号接收，后者往往需要通过电或机械方式调整天线辐射波束的方向，从而和卫星对准实现通信。前者剖面高度低、尺寸小、安装相对灵活，后者尺寸较大、造价也较高，往往适用于较高增益要求的场合。
经文献检索，XudongBai，Xianling Liang等人2015年在IEEE Antenna andWireless Propagation Letters期刊上发表的文章“Dual-Circularly PolarizedConical-Beam Microstrip Antenna”中提出的一种星状缝隙加载的层叠式贴片天线，可以实现双圆极化圆锥波束，该种天线结构仍然较为复杂，且通过开星状缝隙来减少杂散电流从而改善天线轴比特性的作用不明显。
发明内容
本发明结合现有技术中的问题，提供一种双圆极化圆锥波束天线，通过改变馈电点位置实现天线圆极化性能的改进。
本发明的技术方案为：一种双圆极化锥状波束天线，其特征在于：包括从上至下依次设置的天线辐射体、天线基板、天线接地板、定向耦合器基板和定向耦合器，所述天线辐射体为圆形的金属贴片并具有能工作在TM21模或TM31模下的尺寸，所述天线辐射体和定向耦合器分别对应的设有两个馈电点，所述馈电点通过金属化过孔将天线辐射体和定向耦合器相连；所述定向耦合器能通过馈电点对天线辐射体进行等辐、差相90°的双馈电，使天线辐射体产生圆极化。
作为优选，所述天线辐射体工作在TM21模下时，所述馈电点的径向夹角为135°。
作为优选，所述天线辐射体工作在TM31模下时，所述馈电点的径向夹角为150°。
作为优选，所述定向耦合器为集成芯片或金属印制板结构。
作为优选，所述定向耦合器为3dB定向耦合器。
作为优选，所述定向耦合器和天线辐射体具有共同的天线接地板。
有益效果：本发明的一种双圆极化锥状波束天线，通过改变径向夹角的大小，即改变馈电点之间的距离，从而使得馈电点之间的互耦降低，改善天线的轴比性能。且没有增加额外的设施，本发明的天线具有结构简单，剖面低、批次性高的优点。
附图说明
图1为本发明的一种双圆极化锥状波束天线的俯视图；
图2为本发明的一种双圆极化锥状波束天线的剖视图；
图3为本发明的实施例中馈电点径向角度45°时S11和S21频响曲线；
图4为本发明的实施例中馈电点径向角度135°时S11和S21频响曲线；
图5为本发明的实施例中馈电径向角度45°和135°两种情况下phi＝0°切面的轴比特性曲线对比；
图6为本发明的实施例中馈电径向角度45°和135°两种情况下phi＝90°切面的轴比特性曲线对比。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1和图2所示，一种双圆极化锥状波束天线，包括从上至下依次设置的天线辐射体1、天线基板2、天线接地板3、定向耦合器极板4和定向耦合器5；所述天线辐射体1为圆形金属贴片且位于所述天线基板2中央；所述天线辐射体1上设有两个馈电点11，所述馈电点11的径向夹角为所述馈电点11处分别设有对应的金属化过孔6；所述馈电点11通过金属化过孔6与所述天线辐射体1和定向耦合器5相连。
所述天线辐射体1采用双馈方式实现圆极化，所述两个馈电点11对天线辐射体1同时馈电，以激励一对正交的模式电流；馈电幅度相等，相位相差90°，该圆极化波可分解为两个在空间和时间上均正交的等幅线极化波，它们之间因相互耦合所引起的交叉极化场相互抵消，改进轴比特性。
所述定向耦合器为3dB定向耦合器。上述所述幅度相等、差相90°的馈电通过3dB定向耦合器来保证。
所述天线辐射体1工作于TM21模，所述馈电点11的径向夹角为135°。该模式下金属贴片中心电流互相抵消，故在边射方向上形成零点，从而辐射出圆锥波束。所述径向夹角的角度，两个金属化过孔6激励的模式电流方向刚好正交。
所述天线辐射体1工作于TM31模，所述馈电点11的径向夹角为150°。因为该模式下金属贴片中心电流互相抵消，故在边射方向上形成零点，从而辐射出圆锥波束。
所述定向耦合器5为集成芯片或金属印制板结构。
所述定向耦合器和天线辐射体具有共同的天线接地板。
实施例1：
结构上从上而下依次包括天线辐射体1、天线基板2、天线反射板3、定向耦合器基板4、定向耦合器5、金属化过孔6。定向耦合器5和天线辐射体1拥有共同的接地板3，其印制于定向耦合器基板4的另一侧。
天线辐射体1为圆形金属片，定向耦合器5通过金属化过孔6对天线辐射体1进行等幅度差相90°馈电，而两个金属化过孔6分别激励起TM21模，天线辐射体1中心电流互相抵消，故可以形成圆锥波束。而两个金属化过孔6的径向角度为135°，两个过孔6激励的模式电流方向刚好正交，由于定向耦合器4提供的等幅差相90°激励信号，使得天线辐射圆极化波。
图3和图4对比可知，和馈电径向角度45°相比，馈电径向角度为135°时，两个馈电端口之间的隔离度明显改善，未导致另一端口的谐振点偏移。
图5和图6对比可知，馈电径向角度为135°时，天线在更宽波束宽度内轴比更低。

Claims (6)

1.一种双圆极化锥状波束天线，其特征在于：包括从上至下依次设置的天线辐射体(1)、天线基板(2)、天线接地板(3)、定向耦合器基板(4)和定向耦合器(5)，所述天线辐射体(1)为圆形的金属贴片并具有能工作在TM21模或TM31模下的尺寸，所述天线辐射体(1)和定向耦合器(5)分别对应的设有两个馈电点(11)，所述馈电点(11)通过金属化过孔(6)将天线辐射体(1)和定向耦合器(5)相连，所述定向耦合器(5)能通过馈电点对天线辐射体(1)进行等辐、差相90°的双馈电，使天线辐射体(1)产生圆极化。
2.根据权利要求1所述双圆极化锥状波束天线，其特征在于：所述天线辐射体(1)工作在TM21模下时，所述馈电点(11)的径向夹角为135°。
3.根据权利要求1所述双圆极化锥状波束天线，其特征在于：所述天线辐射体(1)工作在TM31模下时，所述馈电点(11)的径向夹角为150°。
4.根据权利要求1所述双圆极化锥状波束天线，其特征在于：所述定向耦合器(5)为集成芯片或金属印制板结构。
5.根据权利要求1所述双圆极化锥状波束天线，其特征在于：所述定向耦合器(5)为3dB定向耦合器。
6.根据权利要求1所述双圆极化锥状波束天线，其特征在于：所述定向耦合器(5)和天线辐射体(4)具有共同的天线接地板(3)。
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