CN109037939A - 一种双宽频带双圆极化测量型天线 - Google Patents

一种双宽频带双圆极化测量型天线 Download PDF

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Abstract

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种双宽频带双圆极化测量型天线，由双层贴片天线、单极子圆形阵列和三维扼流槽结构组成，结构紧凑，相位中心稳定，通过单极子圆形阵列的设计，显著改善了天线低仰角增益；通过双层不同尺寸的圆形贴片的设计，在两个较宽的频带内具有较好的低仰角增益，且通过在双层贴片天线背面安装三维扼流槽结构基于金属波纹表面理论实现了对后瓣的有效抑制，减小多径效应的影响，从系统天线端提高了卫星导航测量精度，具有很强的实用性。

Description

一种双宽频带双圆极化测量型天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种双宽频带双圆极化测量型天线。
背景技术
卫星导航高精度测量技术已经越来越广泛地应用于经济建设和科学技术领域。测量型天线作为高精度卫星导航接收机的重要组成部分，其性能的优劣直接影响到卫星导航接收机的测量精度，如天线相位中心的变化和多径效应是高精度卫星导航测量系统中的显著误差源，天线的低仰角增益影响接收机的灵敏度，良好的轴比特性有助于抑制多径、提高测量精度，双频天线的双接口输出则可在同样的灵敏度下降低对天线增益的要求。这些要求带来天线设计上的困难。天线相位中心的稳定性与馈电位置的数目直接相关，馈电位置越多，相位中心越稳定，但会造成馈电网络复杂；为了抑制多径效应，需要天线具有较为理想的半球形辐射方向图，即这就要求降低天线后瓣、提高天线低仰角增益和极化纯度，但常规的抑制多径效应的设计中低仰角增益与天线后瓣是相互矛盾的；
因此如何设计一种具有双宽频带、双圆极化、高隔离度、高低仰角增益、高稳定相位中心且结构紧凑的测量型天线成为本领域技术人员致力于研究的方向。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明公开了一种双宽频带双圆极化测量型天线，其中，包括双层贴片天线、单极子圆形阵列和三维扼流槽结构；
所述双层贴片天线包括从下至上依次设置的馈电层、第二辐射层和第一辐射层，且所述第一辐射层上设置有第一辐射贴片，所述第二辐射层上设置有第二辐射贴片，所述馈电层上设置有所述第一辐射贴片和所述第二辐射贴片的馈电网络；
所述单极子圆形阵列设置于所述双层贴片天线上，且所述单极子圆形阵列包括多个单极子，所述多个单极子以所述双层贴片天线的中心为圆心呈圆形阵列分布；
所述三维扼流槽结构按照从内到外的顺序依次包括天线支撑结构、天线金属壁、第一扼流槽、第二扼流槽和所述第三扼流槽，且所述天线支撑结构的上边缘低于所述天线金属壁的上边缘，所述天线金属壁的上边缘高于所述第一扼流槽的上边缘，所述第一扼流槽的上边缘高于所述第二扼流槽的上边缘，所述第二扼流槽的上边缘高于所述第三扼流槽的上边缘；
所述双层贴片天线设置于所述天线支撑结构上。
上述的双宽频带双圆极化测量型天线，其中，所述第一辐射贴片和所述第二辐射贴片均为圆形，且所述第二辐射贴片的直径大于所述第一辐射贴片的直径。
上述的双宽频带双圆极化测量型天线，其中，所述第一辐射贴片和所述第二辐射贴片均采用四馈点馈电。
上述的双宽频带双圆极化测量型天线，其中，所述馈电网络通过探针给所述第一辐射贴片和所述第二辐射贴片馈电。
上述的双宽频带双圆极化测量型天线，其中，所述第一辐射贴片的馈电网络和所述第二辐射贴片的馈电网络均包括1个第一级威尔金森功分器和2个第二级威尔金森功分器，且2个第二级威尔金森功分器的相位差为180°。
上述的双宽频带双圆极化测量型天线，其中，所述第一辐射贴片的馈电网络的2个第二级威尔金森功分器均呈“8”字型。
上述的双宽频带双圆极化测量型天线，其中，所述第二辐射贴片的各个馈电点与双层贴片天线的中心之间设置有金属柱，且所述金属柱临近所述第二辐射贴片的各个馈电点设置以连接所述第二辐射贴片和位于所述馈电层上表面的金属地。
上述的双宽频带双圆极化测量型天线，其中，所述双层贴片天线与所述天线支撑结构之间、所述天线支撑结构与所述天线金属壁之间、所述天线金属壁与所述第一扼流槽、所述第一扼流槽与所述第二扼流槽、所述第二扼流槽与所述第三扼流槽之间均通过螺钉固定连接。
上述发明具有如下优点或者有益效果：
1、通过设置包括第一辐射层和第二辐射层的双层贴片天线，且第一辐射层上设置有第一辐射贴片，第二辐射层上设置有第二辐射贴片，且各辐射贴片均采用四馈点馈电，使得天线的工作频带更宽，轴比特性更好。
2、通过在临近低频馈电点处放置金属柱以连接金属地和第二辐射贴片，从而提高了双端口间的隔离度。
3、通过于双层贴片天线上放置单极子圆形阵列，从而展宽了天线的波束宽度，提高了天线的低仰角增益。
4、通过将整个双层贴片天线放置在三维扼流圈上，从而降低了天线后向的辐射性能，提高对多径效应的抑制能力。
5、由于该天线结构中心对称，结构紧凑，因此具有稳定的相位中心。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1是本发明实施例中双宽频带双圆极化测量型天线的主视图；
图2是本发明实施例中双宽频带双圆极化测量型天线的俯视图；
图3是本发明实施例中双层贴片天线的主视图；
图4是本发明实施例中馈线层的仰视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。
如图1～4所示，本实施例涉及一种双宽频带双圆极化测量型天线，具体的，该测量型天线包括双层贴片天线、单极子圆形阵列和三维扼流槽结构；该双层贴片天线包括从下至上依次设置的馈电层4、第二辐射层3和第一辐射层2，且第一辐射层2上设置有第一辐射贴片12，第二辐射层3上设置有第二辐射贴片11，馈电层4上设置有第一辐射贴片12和第二辐射贴片11的馈电网络。该单极子圆形阵列设置于双层贴片天线上，且单极子圆形阵列包括多个单极子1，多个单极子1以双层贴片天线的中心为圆心呈圆形阵列分布，即以双层贴片天线的中心为圆心，在第一辐射层2、第二辐射层3周围放置该单极子圆形阵列，且该单极子圆形阵列呈中心对称分布，实现天线波束宽度的展宽。该三维扼流槽结构按照从内到外的顺序依次包括天线支撑结构5、天线金属壁6、第一扼流槽7、第二扼流槽8和第三扼流槽9，该天线支撑结构5位于天线金属壁6内，且天线支撑结构5的上边缘低于天线金属壁6的上边缘(该天线支撑结构5和天线金属壁6二者分离放置，从而在抑制多径效应的同时，展宽天线的波束宽度，进一步提高低仰角增益)，该天线金属壁6位于第一扼流槽7内，且天线金属壁6的上边缘高于第一扼流槽7的上边缘，该第一扼流槽7位于第二扼流槽8内，且第一扼流槽7的上边缘高于第二扼流槽8的上边缘，该第二扼流槽8位于第三扼流槽9内，且第二扼流槽8的上边缘高于第三扼流槽9的上边缘，该天线金属壁6能够改善天线低仰角增益，第一扼流槽7、第二扼流槽8、第三扼流槽9可以实现天线抗多径效应的功能；该双层贴片天线设置于天线支撑结构5上。
在本发明的一个优选的实施例中，上述第一辐射贴片12和第二辐射贴片11均为圆形，且第二辐射贴片11的直径大于第一辐射贴片12的直径，由于第一辐射贴片12和第二辐射贴片11的尺寸不同，从而可以工作在不同的谐振频率处。
在本发明的一个优选的实施例中，上述第一辐射贴片12和第二辐射贴片11均采用四馈点馈电，以使得第一辐射贴片12和第二辐射贴片11在其工作频段上能够保证较高的相位中心稳定性。
在本发明的一个优选的实施例中，馈电网络通过探针给第一辐射贴片12和第二辐射贴片11馈电。
在本发明的一个优选的实施例中，参照图4所示，上述第一辐射贴片12、第二辐射贴片11均采用了一分四的馈电网络，即上述第一辐射贴片12的馈电网络16、第二辐射贴片11的馈电网络17均包括1个第一级威尔金森功分器和2个第二级威尔金森功分器；且2个第二级威尔金森功分器的相位差为180°。(即第一辐射贴片12的馈电网络16包括1个第一级威尔金森功分器161和2个第二级威尔金森功分器162和163，其中第二级威尔金森功分器162的相位比第二级威尔金森功分器163的相位超前180°；第二辐射贴片11的馈电网络17包括1个第一级威尔金森功分器171和2个第二级威尔金森功分器172和173，其中第二级威尔金森功分器172的相位比第二级威尔金森功分器173的相位超前180°)，其中，上述第一辐射贴片12的馈电网络16的2个第二级威尔金森功分器162和163均呈“8”字型。
在本发明的一个优选的实施例中，上述第二辐射贴片11的各个馈电点与双层贴片天线的中心之间设置有金属柱15，且金属柱15临近第二辐射贴片11的各个馈电点设置以连接第二辐射贴片11和位于馈电层上表面的金属地。
在本发明的一个优选的实施例中，上述双层贴片天线与天线支撑结构5之间、天线支撑结构5与天线金属壁6之间、天线金属壁6与第一扼流槽7、第一扼流槽7与第二扼流槽8、第二扼流槽8与第三扼流槽9之间均通过螺钉固定连接。
在本发明的一个具体的实施例中，请继续参照图1～4所示，上述双宽频带双圆极化测量型天线整体为圆形结构，关于中心对称，包括双层贴片天线、单极子圆形阵列和三维扼流槽结构。该双层贴片天线包括第一辐射层2、第二辐射层3和馈电层4，第一辐射层2和第二辐射层3上分别放置有尺寸不同的圆形贴片，第一辐射层2上设置有第一辐射贴片12，第二辐射层3上设置有第二辐射贴片11，两辐射贴片均采用四馈点馈电方式，第一辐射贴片12工作在较高的频段，并通过4个高频馈电探针14馈电，第二辐射贴片11工作在较低的频段，并通过4个低频馈电探针13馈电，4个低频馈电探针13与双层贴片天线中心间放置有4个金属柱15，且该金属柱15位置靠近低频馈电探针13处，以连接金属地和第二辐射贴片11，从而在实现较宽的工作频带的同时，能够获得稳定的相位中心，也具有较高的端口隔离度。馈电层4上放置第一辐射贴片12和第二辐射贴片11的的馈电网络，第一辐射贴片12的馈电网络16包含第一级威尔金森功分器161和两个“8”字型的第二级威尔金森功分器162和163，其中第二级威尔金森功分器162比第二级威尔金森功分器163相位超前180°，第二辐射贴片11的馈电网络17包含第一级威尔金森功分器171和2个的第二级威尔金森功分器172和173，其中第二级威尔金森功分器172比第二级威尔金森功分器173相位超前180°，最终实现第一辐射贴片12、第二辐射贴片11不同旋向的圆极化辐射。上述单极子圆形阵列包括8个完全相同的单极子11，同时8个单极子11以双层贴片天线的中心为圆心置于双层贴片天线上，安装在双层贴片天线的第一辐射层22、第二辐射层33和馈电层44的介质板上，以提高天线的低仰角增益。上述三维扼流槽结构分为天线支撑结构5、天线金属壁6、第一扼流槽7、第二扼流槽8、第三扼流槽9五部分，天线支撑结构5上放置双层贴片天线，通过8个螺钉10固定，天线支撑结构5与天线金属壁6、天线金属壁6与第一扼流槽7、第一扼流槽7与第二扼流槽8、第二扼流槽8与第三扼流槽9均通过螺钉固定连接，天线金属壁6不仅可以改善天线低仰角增益，同时与第一扼流槽7、第二扼流槽8、第三扼流槽9共同实现天线抗多径效应的功能。
此外，上述天线结构可设计尺寸为：第一辐射层2、第二辐射层3和馈电层4的介质板直径均为120mm，第一辐射贴片12的直径为63.8mm，第二辐射贴片11的直径为95.2mm，单极子1的高度为32mm、直径为2mm，与第一辐射贴片12的中心之间的间距为55mm；天线金属壁6的高度为45.34mm，与扼流槽间距为5mm；上述扼流槽结构的总高度为199mm、底部直径为263mm，槽深为58mm、宽度为19.5mm，阶梯的高度为46mm。
综上，本发明公开了一种具有双宽频带双圆极化特性的测量型天线，由双层贴片天线、单极子圆形阵列和三维扼流槽结构组成，结构紧凑，相位中心稳定，通过单极子圆形阵列的设计，显著改善了天线低仰角增益；通过双层不同尺寸的圆形贴片的设计，在两个较宽的频带内具有较好的低仰角增益，且通过在双层贴片天线背面安装三维扼流槽结构基于金属波纹表面理论实现了对后瓣的有效抑制，减小多径效应的影响，从系统天线端提高了卫星导航测量精度，具有很强的实用性。
本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；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，这并不影响本发明的实质内容。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 (8)

1.一种双宽频带双圆极化测量型天线，其特征在于，包括双层贴片天线、单极子圆形阵列和三维扼流槽结构；
所述双层贴片天线包括从下至上依次设置的馈电层、第二辐射层和第一辐射层，且所述第一辐射层上设置有第一辐射贴片，所述第二辐射层上设置有第二辐射贴片，所述馈电层上设置有所述第一辐射贴片和所述第二辐射贴片的馈电网络；
所述单极子圆形阵列设置于所述双层贴片天线上，且所述单极子圆形阵列包括多个单极子，所述多个单极子以所述双层贴片天线的中心为圆心呈圆形阵列分布；
所述三维扼流槽结构按照从内到外的顺序依次包括天线支撑结构、天线金属壁、第一扼流槽、第二扼流槽和所述第三扼流槽，且所述天线支撑结构的上边缘低于所述天线金属壁的上边缘，所述天线金属壁的上边缘高于所述第一扼流槽的上边缘，所述第一扼流槽的上边缘高于所述第二扼流槽的上边缘，所述第二扼流槽的上边缘高于所述第三扼流槽的上边缘；
所述双层贴片天线设置于所述天线支撑结构上。
2.如权利要求1所述的双宽频带双圆极化测量型天线，其特征在于，所述第一辐射贴片和所述第二辐射贴片均为圆形，且所述第二辐射贴片的直径大于所述第一辐射贴片的直径。
3.如权利要求1所述的双宽频带双圆极化测量型天线，其特征在于，所述第一辐射贴片和所述第二辐射贴片均采用四馈点馈电。
4.如权利要求1所述的双宽频带双圆极化测量型天线，其特征在于，所述馈电网络通过探针给所述第一辐射贴片和所述第二辐射贴片馈电。
5.如权利要求1所述的双宽频带双圆极化测量型天线，其特征在于，所述第一辐射贴片的馈电网络和所述第二辐射贴片的馈电网络均包括1个第一级威尔金森功分器和2个第二级威尔金森功分器，且2个第二级威尔金森功分器的相位差为180°。
6.如权利要求5所述的双宽频带双圆极化测量型天线，其特征在于，所述第一辐射贴片的馈电网络的2个第二级威尔金森功分器均呈“8”字型。
7.如权利要求1所述的双宽频带双圆极化测量型天线，其特征在于，所述第二辐射贴片的各个馈电点与双层贴片天线的中心之间设置有金属柱，且所述金属柱临近所述第二辐射贴片的各个馈电点设置以连接所述第二辐射贴片和位于所述馈电层上表面的金属地。
8.如权利要求1所述的双宽频带双圆极化测量型天线，其特征在于，所述双层贴片天线与所述天线支撑结构之间、所述天线支撑结构与所述天线金属壁之间、所述天线金属壁与所述第一扼流槽、所述第一扼流槽与所述第二扼流槽、所述第二扼流槽与所述第三扼流槽之间均通过螺钉固定连接。
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