CN111430895B - 一种宽带宽轴比波束交叉偶极子天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种宽带宽轴比波束交叉偶极子天线，该天线采用时序馈电技术、寄生贴片技术、临近耦合技术等技术，实现了交叉偶极子天线的宽带宽轴比波束等性能。该天线利用蝶形交叉偶极子获得宽阻抗带宽，采用金属柱与寄生单元相连，引入磁电偶极子辐射，拓展天线轴比带宽，通过加载金属背腔，拓展了天线轴比波束宽度。该天线结构简单，能够应用在导航通信一体化接收设备中。

Description

一种宽带宽轴比波束交叉偶极子天线
技术领域
本发明涉及一种宽带宽轴比波束交叉偶极子天线，可应用于导航通信一体化设备，属于天线技术领域。
背景技术
随着各大卫星导航系统的快速发展，导航终端不仅需要能够接收各大导航系统的信号，而且还要尽可能捕获单个卫星导航系统的卫星信号，这就要求天线能够实现宽带、宽波束等性能。集成电路技术的发展，为导航通信一体化的实现提供了技术支持。导航通信一体化要求天线带宽能够覆盖导航和通信频段，需要宽带天线。交叉偶极子天线在宽带特性方面表现出了巨大的潜力，寄生单元技术、时序馈电技术等方法都能拓展天线的带宽，通过增加方向图互补的磁偶极子也实现了交叉偶极子宽波束特性，但目前交叉偶极子的宽带宽波束特性鲜有同时实现。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种宽带宽轴比波束交叉偶极子天线，采用交叉偶极子技术、时序馈点技术、寄生单元技术、背腔技术实现了宽带宽轴比波束特性。采用临近耦合技术增加轴比带宽，采用方向图互补技术拓展了轴比波束宽度。
本发明的目的是这样实现的：包括金属背腔、介质基板、设置在介质基板上端面的两个偶极子臂和四个蝶形寄生单元、设置在介质基板下端面的两个偶极子臂和四个梯形寄生单元，介质基板上下端面的两个偶极子臂分别由对应的馈电圆环线连接，在梯形寄生单元与金属背腔内底之间设置有四个金属柱，在两个馈电圆环线与金属背腔内底之间设置有同轴探针，且同轴探针穿过金属背腔底部。本发明还包括这样一些结构特征：
1.所述的金属背腔的介质为铜。
2.所述偶极子臂被馈电圆环线激励，所述蝶形寄生单元被介质基板的上端面的偶极子臂耦合所激励，所述梯形寄生单元被介质基板的下端面的偶极子臂耦合所激励，所述金属柱被梯形寄生单元耦合所激励。
3.偶极子臂上底边长21mm，下底边长3mm，高30mm；蝶形寄生单元上底边长36mm，下底边长4mm，高37mm；梯形寄生单元上底边长7mm，下底边长5mm，高5mm。
4.金属背腔厚度1mm。
5.馈电圆环线半径4.4mm。
6.寄生单元下底边距同轴探针中心8mm；梯形寄生单元下底边距同轴探针中心7mm。
7.金属柱距同轴探针中心5.5mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：相比于传统的交叉偶极子天线，该天线具有更大的带宽，更宽的轴比波束宽度，覆盖卫星导航及通信频段，能够更好的应用于导航通信一体化设备中。
(1)该天线以交叉偶极子天线为基础进行设计，结构简单，利用印刷电路工艺进行生产，具有重量轻、精度高、成本低、应用广等优点。(2)该天线采用时序馈电技术，实现了天线工作带宽的拓展，采用临近耦合技术、寄生单元技术拓展了天线轴比波束宽度。
附图说明
图1是本发明提供的宽带宽轴比波束交叉偶极子天线俯视图。
图2是本发明提供的宽带宽轴比波束交叉偶极子天线侧视图。
图3为本发明实施例提供的一种宽带宽轴比波束交叉偶极子天线回波损耗与频率的关系图。
图4为本发明实施例提供的一种宽带宽轴比波束交叉偶极子天线轴比与频率的关系图。
图5为本发明实施例提供的一种宽带宽轴比波束交叉偶极子天线1.561GHz频点处的轴比波束宽度图，天线E(phi＝0°)面3dB轴比波束范围是-63°到+63°，H(phi＝90°)面3dB轴比波束范围是-124°到+125°。
图6为本发明实施例提供的一种宽带宽轴比波束圆极化微带天线1.575GHz频点处的轴比波束宽度图，天线E(phi＝0°)面3dB轴比波束范围是-64°到+64°，H(phi＝90°)面3dB轴比波束范围是-123°到+124°。
图7为本发明实施例提供的一种宽带宽轴比波束圆极化微带天线1.602GHz频点处的轴比波束宽度图，天线E面(phi＝0°)3dB轴比波束范围是-65°到+63°，H面(phi＝90°)3dB轴比波束范围是-80°到+80°。
图8为本发明实施例提供的一种宽带宽轴比波束圆极化微带天线1.561GHz频点处的天线方向图，其中GainRHCP代表右旋圆极化的增益曲线，GainLHCP代表左旋圆极化的增益曲线。天线E面和H面的交叉极化都在15dB以上。
图9为本发明实施例提供的一种宽带宽轴比波束圆极化微带天线1.575GHz频点处的天线方向图，天线E面和H面的交叉极化都在15dB以上。
图10为本发明实施例提供的一种宽带宽轴比波束圆极化微带天线1.602GHz频点处的天线方向图，天线E面和H面的交叉极化都在15dB以上。
图11为本发明实施例提供的一种宽带宽波束圆极化微带天线增益与频率的关系图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
结合图1至图11，本发明包括1层印刷电路板、金属背腔、同轴探针以及4个金属柱，所述的印刷电路板其特征在于介质1为Rogers 4350B介质板，介质1顶层印制有2个偶极子臂2以及4个蝶形寄生单元3，介质1底层印制有另外2个偶极子臂2以及4个梯形寄生单元4，介质1上下两层的偶极子臂分别由馈电圆环线5相连，所述的金属背腔6其介质为铜，4个金属柱7连接梯形寄生单元4与金属背腔6，同轴探针8连接金属背腔与馈电圆环线5。所述的介质1位于金属背腔6正上方，尺寸小于金属背腔6。所述的金属背腔6底部开孔通过同轴探针8激励馈电圆环线(馈电网络)5。所述的偶极子臂2被馈电圆环线5激励。所述的蝶形寄生单元3被介质1顶层偶极子臂2耦合所激励。所述的梯形寄生单元4被介质1底层偶极子臂2耦合所激励。所述的金属柱8被梯形寄生单元4耦合所激励。
本发明的具体参数可以是：
偶极子臂2上底边长21mm，下底边长3mm，高30mm。
蝶形寄生单元3上底边长36mm，下底边长4mm，高37mm。
梯形寄生单元4上底边长7mm，下底边长5mm，高5mm。
金属背腔6厚度1mm。
馈电圆环线5半径4.4mm。
寄生单元3下底边距同轴探针8中心8mm。
梯形寄生单元4下底边距同轴探针8中心7mm。
金属柱7距同轴探针8中心5.5mm。
本发明的四个偶极子臂的布置方式是：上层的两个相邻设置、下层的两个相邻设置，且上层的两个是在图1中的上端和右端，下层的两个是在下端和左端。
结合具体参数给出本发明的实施案例：
本实施例提供一种宽带宽轴比波束交叉偶极子天线，中心频率为1.6GHz，其结构如图1、2所示，主要包括：介质基板1，该基板采用介电常数为3.66的Rogers 4350B，厚度为0.508mm，介质基板1顶层是印制有偶极子臂2、馈电圆环线5以及蝶形寄生单元3，底部是印制有偶极子臂2、馈电圆环线5以及梯形寄生单元4。金属背腔6，该金属背腔由5个1mm厚度的铜板组成，其中底部铜板尺寸150mm×150mm，四周铜板尺寸150mm×45mm。底层铜板开孔用于馈电。同轴探针8连接金属背腔6底层铜板与馈电圆环线5，通过底部激励对偶极子臂2馈电。金属柱7连接梯形寄生单元4与金属背腔6底部铜板。
如图1、2所示，本发明实施方式提供的交叉偶极子天线可在长150mm宽150mm高45.508mm的尺寸内,实现阻抗带宽86.6％(1.14-2.88GHz)以及轴比带宽67.8％(1.19-2.41GHz)，天线在1.561GHz时3dB轴比波束宽度为126°，在1.575GHz的3dB轴比波束宽度为128°，在1.602GHz的3dB轴比波束宽度为128°。峰值增益为10.5dB,3dB增益带宽为86.6％(1.14GHz-2.88GHz)。
综上，本发明公开了一种新型的用于导航通信一体化的宽带宽轴比波束交叉偶极子天线，该天线采用时序馈电技术、寄生贴片技术、临近耦合技术等技术，实现了交叉偶极子天线的宽带宽轴比波束等性能。该天线利用蝶形交叉偶极子获得宽阻抗带宽，采用金属柱与寄生单元相连，引入磁电偶极子辐射，拓展天线轴比带宽，通过加载金属背腔，拓展了天线轴比波束宽度。该天线结构简单，能够应用在导航通信一体化接收设备中。

Claims (8)

1.一种宽带宽轴比波束交叉偶极子天线，其特征在于：包括金属背腔、介质基板、设置在介质基板上端面的两个偶极子臂和四个蝶形寄生单元、设置在介质基板下端面的两个偶极子臂和四个梯形寄生单元，介质基板上下端面的两个偶极子臂分别由对应的馈电圆环线连接，在梯形寄生单元与金属背腔内底之间设置有四个金属柱，在两个馈电圆环线与金属背腔内底之间设置有同轴探针，且同轴探针穿过金属背腔底部；四个蝶形寄生单元分别放置在四个偶极子臂之间，四个梯形寄生单元分别放置在四个偶极子臂之间。
2.根据权利要求1所述的一种宽带宽轴比波束交叉偶极子天线，其特征在于：所述的金属背腔的介质为铜。
3.根据权利要求1或2所述的一种宽带宽轴比波束交叉偶极子天线，其特征在于：所述偶极子臂被馈电圆环线激励，所述蝶形寄生单元被介质基板的上端面的偶极子臂耦合所激励，所述梯形寄生单元被介质基板的下端面的偶极子臂耦合所激励，所述金属柱被梯形寄生单元耦合所激励。
4.根据权利要求3所述的一种宽带宽轴比波束交叉偶极子天线，其特征在于：偶极子臂上底边长21mm，下底边长3mm，高30mm；蝶形寄生单元上底边长36mm，下底边长4mm，高37mm；梯形寄生单元上底边长7mm，下底边长5mm，高5mm。
5.根据权利要求3所述的一种宽带宽轴比波束交叉偶极子天线，其特征在于：金属背腔厚度1mm。
6.根据权利要求3所述的一种宽带宽轴比波束交叉偶极子天线，其特征在于：馈电圆环线半径4.4mm。
7.根据权利要求3所述的一种宽带宽轴比波束交叉偶极子天线，其特征在于：寄生单元下底边距同轴探针中心8mm；梯形寄生单元下底边距同轴探针中心7mm。
8.根据权利要求3所述的一种宽带宽轴比波束交叉偶极子天线，其特征在于：金属柱距同轴探针中心5.5mm。
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