CN111262017B - 一种抑制后向交叉极化的宽轴比波束天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抑制后向交叉极化的宽轴比波束天线，包括圆极化贴片天线和馈电网络；所述圆极化贴片天线包括圆形金属贴片、金属圆环、弯曲枝节、第一介质板、短路针、接地板和第二介质板；所述馈电网络包括TRD耦合器、馈电探针、输入端口和输出端口；所述弯曲枝节包括内部填充的液态金属和3D打印外壳；所述接地板被环形缝分成两部分：内地板和外圈地板；所述TRD耦合器包括平行耦合线、跨接电容、50欧姆电阻、接地金属片和接地探针。由于采用了所提出的接地板开缝并加载短路针的方法，使传统圆极化贴片天线取得了良好的宽轴比波束的效果。由于采用了3D打印弯曲枝节并填充液态金属的方法，使得天线的后向交叉极化得到了有效的抑制。

Description

一种抑制后向交叉极化的宽轴比波束天线
技术领域
本发明涉及一种宽轴比波束天线领域，尤其涉及一种抑制后向交叉极化的宽轴比波束天线。
背景技术
随着卫星导航技术的不断发展，人们对卫星定位的精度要求也越来越高。在卫星通信系统中，其手持设备和机载设备一般在不间断地移动中，基站天线需要在较广的范围内接收或发送电磁信号实现实时通信。且电磁波在传播过程中，遇到建筑物、湖泊等复杂环境时发生反射或散射，产生的多径信号会影响天线对有用信号的接收。由于圆极化天线具有良好的可靠性和稳定性，因而广泛应用于卫星导航系统。
具有宽轴比波束的圆极化天线能够有效地发送或接收更广范围的电磁信号，从而实现大范围稳定通信和点对多点的通信方式。但一般宽轴比波束的圆极化天线的性能只是在天线的正向比较好，背面的交叉极化比较大(后向交叉极化最大增益往往大于-7dBic)，而背面恰巧是大部分多径信号进入天线的方向，这就会产生多径干扰。因此，如何有效抑制后向交叉极化是目前解决多径干扰问题的关键。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种抑制后向交叉极化的宽轴比波束天线，包括圆极化贴片天线和馈电网络；
进一步地，所述圆极化贴片天线包括圆形金属贴片、金属圆环、弯曲枝节、第一介质板、短路针、接地板和第二介质板；所述馈电网络包括TRD耦合器、馈电探针、输入端口和输出端口；
所述弯曲枝节包括内部填充的液态金属和3D打印外壳；所述接地板被环形缝分成两部分：内地板和外圈地板；所述TRD耦合器包括平行耦合线、跨接电容、50欧姆电阻、接地金属片和接地探针；所述馈电探针包括第一馈电探针和第二馈电探针；所述输出端口包括第一输出端口和第二输出端口；
所述平行耦合线包括第一微带线和第二微带线；所述跨接电容包括第一电容、第二电容和第三电容；
进一步地，所述弯曲枝节的下端与金属圆环相接，沿金属圆环间隔均匀分布；所述圆形金属贴片和金属圆环在第一介质板的上表面，接地板在第一介质板的下表面；所述短路针穿过第一介质板，上端与金属圆环相接，下端与外圈地板相接；所述馈电网络在第二介质板的下表面；所述跨接电容跨接在平行耦合线的两微带线之间；
所述第一微带线具有输入端口，所述第二微带线具有第一输出端口和第二输出端口，其中第一输出端口和第二输出端口分别通过第一馈电探针和第二馈电探针与圆形金属贴片相连接，所述TRD耦合器的第一微带线的隔离端依次通过50欧姆电阻、接地金属片和接地探针与接地板相连接。
进一步地，所述的弯曲枝节的外壳由3D打印技术加工成，内部填充液态金属；所述天线能实现3dB轴比波束宽度大于220°,天线的后向交叉极化的最大增益小于-16.25dBic。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种抑制后向交叉极化的宽轴比波束天线，由于采用了所提出的接地板开缝并加载短路针的方法，使传统圆极化贴片天线取得了良好的宽轴比波束的效果；由于采用了3D打印弯曲枝节并填充液态金属的方法，使得天线的后向交叉极化得到了有效的抑制。另外天线结构简单、增益平稳、体积小，非常适用于实际大规模应用场合。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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是本发明一种抑制后向交叉极化的宽轴比波束天线的圆极化贴片天线分解结构图；
图2是本发明一种抑制后向交叉极化的宽轴比波束天线的馈电网络的结构图；
图3是本发明一种抑制后向交叉极化的宽轴比波束天线的侧视图；
图4是本发明一种抑制后向交叉极化的宽轴比波束天线未加载短路针时的轴比波束宽度图；
图5是本发明一种抑制后向交叉极化的宽轴比波束天线加载短路针后的轴比波束宽度图；
图6是本发明一种抑制后向交叉极化的宽轴比波束天线加载弯曲枝节前后的左、右旋增益对比图；
图7是本发明一种抑制后向交叉极化的宽轴比波束天线示例的轴比图；
图8是本发明一种抑制后向交叉极化的宽轴比波束天线示例的S11图。
图中：1、圆极化贴片天线，2、馈电网络；11、圆形金属贴片，12、金属圆环，13、弯曲枝节，14、第一介质板，15、短路针，16、接地板，17、第二介质板，21、TRD耦合器，22、馈电探针，23、输入端口，24、输出端口；131、内部填充的液态金属，132、3D打印外壳，161、内地板，162、外圈地板，211、平行耦合线，212、跨接电容，213、50欧姆电阻，214、接地金属片，215、接地探针，221、第一馈电探针，222、第二馈电探针，241、第一输出端口，242、第二输出端口；2111、第一微带线，2112、第二微带线，2121、第一电容，2122、第二电容，2123、第三电容。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
如图1、2、3所示的一种抑制后向交叉极化的宽轴比波束天线包括圆极化贴片天线1和馈电网络2。所述圆极化贴片天线1包括圆形金属贴片11、金属圆环12、弯曲枝节13、第一介质板14、短路针15、接地板16和第二介质板17；所述馈电网络2包括TRD耦合器21、馈电探针22、输入端口23和输出端口24；所述弯曲枝节13包括内部填充的液态金属131和3D打印外壳132；所述接地板16被环形缝分成两部分：内地板161和外圈地板162；所述TRD耦合器21包括平行耦合线211、跨接电容212、50欧姆电阻213、接地金属片214和接地探针215；所述馈电探针22包括第一馈电探针221和第二馈电探针222；所述输出端口24包括第一输出端口241和第二输出端口242；所述平行耦合线221包括第一微带线2111和第二微带线2112；所述跨接电容212包括第一电容2121、第二电容2122和第三电容2123。
本发明采用的技术指标如下：
中心频率：1.575GHz
S11：<-15dB
轴比：≤3dB
极化方式：RHCP
3D打印弯曲枝节外壳材料：普通刚性光敏树脂
3D打印弯曲枝节外壳材料介电常数：3
天线增益：6.00dBic
轴比波束宽度：>220°
后向交叉极化的最大增益：<-16.25dBi
如图1、2、3所示的一种抑制后向交叉极化的宽轴比波束天线，所述弯曲枝节13的下端与金属圆环12相接，沿金属圆环间隔均匀分布；所述圆形金属贴片11和金属圆环12在第一介质板14的上表面，接地板16在第一介质板14的下表面；所述短路针15穿过第一介质板14，上端与金属圆环12相接，下端与外圈地板162相接；所述馈电网络2在第二介质板17的下表面；所述跨接电容212跨接在平行耦合线211的两微带线之间；所述输入端口23为第一微带线2111的A端；所述第一输出端口241、第二输出端口242分别为第二微带线2112的C、D两端，分别通过第一馈电探针221和第二馈电探针222与圆形金属贴片11相接；TRD耦合器21的第一微带线2111的B端为隔离端，依次通过50欧姆电阻213、接地金属片214和接地探针215与接地板16相连。
如图4所示，未加载短路针时天线在中心频率1.575GHz处轴比波束宽度为169.87°(Phi＝0°)/167.53°(Phi＝45°)/167.89°(Phi＝90°)/197.07°(Phi＝135°)；如图5所示，加载短路针后天线在中心频率1.575GHz处的轴比波束宽度为221.28°(Phi＝0°)/262.05°(Phi＝45°)/258.31°(Phi＝90°)/229.43°(Phi＝135°)。比较图4和图5可得，轴比波束宽度在加载短路针后得到明显展宽，并且轴比在较宽角度范围内都保持较低水平，说明本发明一种抑制后向交叉极化的宽轴比波束天线具有良好的辐射性能。
如图6所示，未加载弯曲枝节时天线的后向交叉极化的最大增益为-7.67dBic，加载弯曲枝节后天线在中心频率1.575GHz处的后向交叉极化的最大增益为-16.25dBic，且加载弯曲枝节对最大辐射方向的主极化性能几乎没有影响。说明本发明一种抑制后向交叉极化的宽轴比波束天线在不影响主辐射方向增益的同时能使后向交叉极化明显减小，能够有效地抑制天线背向多径信号的进入。
如图7所示，本发明提出的一种抑制后向交叉极化的宽轴比波束天线在中心频率1.575GHz处及附近频带内圆极化轴比均小于3dB，说明本发明提出的天线的圆极化性能良好。
如图8所示，本发明提出的一种抑制后向交叉极化的宽轴比波束天线在示例频率1.575GHz处及附近频带内S11均小于-15dB，说明本发明提出的天线具有良好的匹配性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种抑制后向交叉极化的宽轴比波束天线，其特征在于包括：圆极化贴片天线(1)和馈电网络(2)；
所述圆极化贴片天线(1)包括圆形金属贴片(11)、金属圆环(12)、弯曲枝节(13)、第一介质板(14)、短路针(15)、接地板(16)和第二介质板(17)；所述馈电网络(2)包括TRD耦合器(21)、馈电探针(22)、输入端口(23)和输出端口(24)；
所述弯曲枝节(13)包括内部填充的液态金属(131)和3D打印外壳(132)；所述接地板(16)上设置有环形缝，该环形缝将接地板(16)分成内地板(161)和外圈地板(162)；
所述TRD耦合器(21)包括平行耦合线(211)、跨接电容(212)、50欧姆电阻(213)、接地金属片(214)和接地探针(215)；所述馈电探针(22)包括第一馈电探针(221)和第二馈电探针(222)；所述输出端口(24)包括第一输出端口(241)和第二输出端口(242)；
所述平行耦合线(211)包括第一微带线(2111)和第二微带线(2112)；所述跨接电容(212)包括第一电容(2121)、第二电容(2122)和第三电容(2123)；
其中多个弯曲枝节(13)的底端与金属圆环(12)相连接、沿金属圆环间隔均匀分布；所述圆形金属贴片(11)和金属圆环(12)设置在第一介质板(14)的上表面，所述接地板(16)设置在第一介质板(14)的下表面；所述短路针(15)的上端穿过第一介质板(14)与金属圆环(12)相连接、所述短路针(15)的下端与外圈地板(162)相接；所述馈电网络(2)设置在第二介质板(17)的下表面；所述跨接电容(212)跨接在平行耦合线(211)的两微带线之间；
所述第一微带线(2111)具有输入端口(23)，所述第二微带线(2112)具有第一输出端口(241)和第二输出端口(242)，其中第一输出端口(241)和第二输出端口(242)分别通过第一馈电探针(221)和第二馈电探针(222)与圆形金属贴片(11)相连接，所述TRD耦合器(21)的第一微带线(2111)的隔离端依次通过50欧姆电阻(213)、接地金属片(214)和接地探针(215)与接地板(16)相连接；
所述的弯曲枝节(13)的外壳采用3D打印技术加工而成，通过调节所述内地板(161)和外圈地板(162)之间环形缝的宽度展宽天线的3dB轴比波束宽度；通过调节所述弯曲枝节(13)的尺寸调整天线的后向交叉极化。
2.根据权利要求1所述的一种抑制后向交叉极化的宽轴比波束天线，其特征在于：所述圆形金属贴片(11)通过馈电探针(22)与馈电网络(2)的输出端口(24)相连接、所述输出端口(24)产生等幅正交相位的信号从而形成圆极化波，所述馈电探针(22)穿过接地板(16)的区域设有保护孔，所述保护孔的直径大于馈电探针(22)的直径。
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