CN109509966A - 一种s频段高增益圆极化天线 - Google Patents

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肖旭
葛宇
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Abstract

本发明公开了一种S频段高增益圆极化天线，包括至少一个天线单元，天线单元包括四个旋转对称的天线振子，四个天线振子的顶部分离、底部连在一起，且每个天线振子中开设有若干个槽，所述天线单元还包括与四个振子连接的支撑柱，支撑柱还连接金属底板，此外，所述天线单元还包括为天线阵子馈电的馈电网络。本发明通过将四个天线振子的顶部分离、底部连在一起实现了蝶形天线，通过在每个天线振子中开设若干个槽实现了分形天线，这样将蝶形天线和分形天线结合在一起，有效拓展了频带带宽，并且结构简单，成本较低。

Description

一种S频段高增益圆极化天线
技术领域
本发明涉及卫星通信天线，特别是涉及一种S频段高增益圆极化天线。
背景技术
随着卫星通信的日益普及，采用“动中通”技术的卫星通信终端能够在载体运动过程中实现不间断通信，同时具有机动性强、抗干扰能力强、保密性强等诸多优点，得到了日益广泛的应用。在各类“动中通”天线中，相控阵天线凭借快速的波束扫描，使得载体在运动过程中，波束保持实时对星，不受载体运动姿态的影响，其中，天线单元是相控阵天线的关键部件，其带宽、增益等性能将直接影响到相控阵天线的整体性能。
目前，常用的“动中通”天线单元主要采取微带天线、偶极子天线、螺旋天线等形式，这些天线各有优点，但是在增益方面存在不足。如专利文献(CN207409651U)中提到的一种正多边形贴片的圆极化天线，具有地剖面、结构简单的优点，但是存在着增益不高的缺点。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种S频段高增益圆极化天线，能够有效提高天线的增益。
技术方案：本发明所述的S频段高增益圆极化天线，包括至少一个天线单元，天线单元包括四个旋转对称的天线振子，四个天线振子的顶部分离、底部连在一起，且每个天线振子中开设有若干个槽，所述天线单元还包括与四个振子连接的支撑柱，支撑柱还连接金属底板，此外，所述天线单元还包括为天线阵子馈电的馈电网络。
进一步，所述支撑柱的上刻蚀有两条扼流槽，扼流槽包括第一槽段、第二槽段以及第三槽段，其中，第一槽段和第二槽段均位于支撑柱的侧壁上，第三槽段连接第一槽段和第二槽段，第三槽段位于支撑柱的顶面上，并且两个扼流槽的第三槽段相互垂直。在支撑柱上开设扼流槽，起到了巴伦的作用，能够实现馈电的平衡-不平衡转换，进一步拓展了频段带宽。
进一步，所述天线单元还包括引向环，引向环与天线振子之间没有电连接。通过增加引向环，一方面强化了天线的圆极化性能，另一方面提高了天线的增益。
进一步，所述引向环与天线振子之间设有绝缘的支撑介质。
进一步，所述支撑介质为塑料介质。
进一步，所述馈电网络包括两条同轴电缆，同轴电缆的内导体和外导体分别为两个不相邻的天线振子供电。
进一步，所述同轴电缆通过金属化过孔穿过支撑柱和一个天线振子，同轴电缆的外导体与金属化过孔连接，内导体与金属化过孔不连接，且内导体通过导电机构连接与所述同轴电缆穿过的天线振子不相邻的天线振子。
进一步，所述导电机构包括跨接导电片和螺钉，内导体连接跨接导电片的一端，跨接导电片的另一端通过螺钉连接与所述同轴电缆穿过的天线振子不相邻的天线振子。
进一步，所述馈电网络包括设于金属底板背面的威尔金森功分器。
有益效果：本发明公开了一种S频段高增益圆极化天线，通过将四个天线振子的顶部分离、底部连在一起实现了蝶形天线，通过在每个天线振子中开设若干个槽实现了分形天线，这样将蝶形天线和分形天线结合在一起，有效拓展了频带带宽，并且结构简单，成本较低。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中天线单元的结构图；
图2为本发明具体实施方式中天线单元的分解视图；
图3为本发明具体实施方式中整个天线的立体图；
图4为本发明具体实施方式中整个天线的仰视图；
图5为本发明具体实施方式中天线单元的S11仿真结果图；
图6为本发明具体实施方式中天线单元的圆极化轴比的仿真结果图；
图7为本发明具体实施方式中天线单元的圆极化增益的仿真结果图；
图8为本发明具体实施方式中天线振子的俯视图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图，对本发明的技术方案做进一步的介绍。
本具体实施方式公开了一种S频段高增益圆极化天线，包括至少一个天线单元，如图3所示，本具体实施方式中天线单元有四个。天线单元的个数可以根据需要设置。
如图1所示，天线单元包括天线振子组合1，天线振子组合1包括四个旋转对称的天线振子，如图2和图8所示，分别为第一天线振子11、第二天线振子12、第三天线振子13和第四天线振子14。如图8所示，四个天线振子的顶部分离、底部连在一起，且每个天线振子中开设有若干个槽。天线单元还包括支撑柱2，支撑柱2位于天线振子组合1中间，且与四个振子均连接，支撑柱2还连接金属底板5。此外，天线单元还包括为天线阵子馈电的馈电网络6，如图4所示。
支撑柱2的上刻蚀有两条扼流槽，分别为第一扼流槽和第二扼流槽。如图1所示，第一扼流槽包括第一槽段211、第二槽段以及第三槽段，其中，第一槽段211和第二槽段均位于支撑柱2的侧壁上，第三槽段连接第一槽段211和第二槽段，第三槽段位于支撑柱2的顶面上。如图1所示，第二扼流槽包括第一槽段221、第二槽段以及第三槽段，其中，第一槽段221和第二槽段均位于支撑柱2的侧壁上，第三槽段连接第一槽段221和第二槽段，第三槽段位于支撑柱2的顶面上。并且，第一扼流槽的第三槽段213与第二扼流槽的第三槽段相互垂直。
天线单元还包括引向环4，引向环4与天线振子组合之间没有电连接，也即引向环4与各个天线振子均没有电连接。“引向环4与天线振子组合之间没有电连接”可通过多种结构实现，只要能实现此功能即可。例如，可以如图1和图2所示，在引向环4与天线振子组合之间设置绝缘的支撑介质3。支撑介质3可采用多种材料，只需实现绝缘效果即可。例如，支撑介质3可以是塑料介质。
馈电网络6包括两条同轴电缆，如图2所示，分别为第一同轴电缆91和第二同轴电缆92。第一同轴电缆91的外导体为第三天线振子13供电，第一同轴电缆91的内导体为第一天线振子11供电，第二同轴电缆92的外导体为第二天线振子12供电，第二同轴电缆92的内导体为第四天线振子14供电。馈电网络6还包括设于金属底板5背面的威尔金森功分器。威尔金森功分器有一个输入端口和两个输出端口，正好可以和两个同轴电缆相连。具体通过以下结构实现：威尔金森功分器的输入端通过射频接头来输入信号，威尔金森功分器的两个输出端分别连接第一同轴电缆91和第二同轴电缆92，第一同轴电缆91通过第一金属化过孔穿过支撑柱2和第三天线振子13，第一同轴电缆91的外导体与第一金属化过孔连接，第一同轴电缆91的内导体与第一金属化过孔不连接，且第一同轴电缆91的内导体连接第一跨接导电片101的一端，第一跨接导电片101的另一端通过第一螺钉连接第一天线振子11，第二同轴电缆92通过第二金属化过孔穿过支撑柱2和第二天线振子12，第二同轴电缆92的外导体与第二金属化过孔连接，第二同轴电缆92的内导体与第二金属化过孔不连接，且第二同轴电缆92的内导体连接第二跨接导电片102的一端，第二跨接导电片102的另一端通过第二螺钉连接第四天线振子14。
图5为天线单元的S11仿真结果图，结果显示在2.4GHz～2.5GHz范围内，其S11参数均小于10dB，说明天线匹配良好。图6为天线单元的圆极化轴比的仿真结果图，结果显示在2.4GHz～2.5GHz范围内，其轴比平缓，均小于2dB，说明天线圆极化良好。图7为天线单元的圆极化增益的仿真结果图，结果显示在2.4GHz～2.5GHz范围内，其增益均大于10dB，最高可达10.79dB，天线增益较高。

Claims (9)

1.一种S频段高增益圆极化天线，其特征在于：包括至少一个天线单元，天线单元包括四个旋转对称的天线振子，四个天线振子的顶部分离、底部连在一起，且每个天线振子中开设有若干个槽，所述天线单元还包括与四个振子连接的支撑柱(2)，支撑柱(2)还连接金属底板(5)，此外，所述天线单元还包括为天线阵子馈电的馈电网络(6)。
2.根据权利要求1所述的S频段高增益圆极化天线，其特征在于：所述支撑柱(2)的上刻蚀有两条扼流槽，扼流槽包括第一槽段、第二槽段以及第三槽段，其中，第一槽段和第二槽段均位于支撑柱(2)的侧壁上，第三槽段连接第一槽段和第二槽段，第三槽段位于支撑柱(2)的顶面上，并且两个扼流槽的第三槽段相互垂直。
3.根据权利要求1所述的S频段高增益圆极化天线，其特征在于：所述天线单元还包括引向环(4)，引向环(4)与天线振子之间没有电连接。
4.根据权利要求3所述的S频段高增益圆极化天线，其特征在于：所述引向环(4)与天线振子之间设有绝缘的支撑介质(3)。
5.根据权利要求4所述的S频段高增益圆极化天线，其特征在于：所述支撑介质(3)为塑料介质。
6.根据权利要求1所述的S频段高增益圆极化天线，其特征在于：所述馈电网络(6)包括两条同轴电缆，同轴电缆的内导体和外导体分别为两个不相邻的天线振子供电。
7.根据权利要求6所述的S频段高增益圆极化天线，其特征在于：所述同轴电缆通过金属化过孔穿过支撑柱(2)和一个天线振子，同轴电缆的外导体与金属化过孔连接，内导体与金属化过孔不连接，且内导体通过导电机构连接与所述同轴电缆穿过的天线振子不相邻的天线振子。
8.根据权利要求7所述的S频段高增益圆极化天线，其特征在于：所述导电机构包括跨接导电片和螺钉，内导体连接跨接导电片的一端，跨接导电片的另一端通过螺钉连接与所述同轴电缆穿过的天线振子不相邻的天线振子。
9.根据权利要求1所述的S频段高增益圆极化天线，其特征在于：所述馈电网络(6)包括设于金属底板(5)背面的威尔金森功分器。
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