CN111682304B - 一种具备宽带移相网络的序列馈电圆极化天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具备宽带移相网络的序列馈电圆极化天线，包括顶面开口的金属腔体，金属腔体的开口处设有贴片辐射单元，贴片辐射单元与金属腔体形成背腔，背腔的底部设有印制电路板，印制电路板上形成有宽带移相网络、一个馈电输入端和四个馈电输出端，一个馈电输入端通过宽带移相网络连接四个馈电输出端，印制电路板上设有四根耦合馈电柱，四根耦合馈电柱的底端分别与四个馈电输出端馈电连接，四根耦合馈电柱的顶端对贴片辐射单元进行序列馈电。本发明能够实现宽带移相，保证天线良好的轴比特性。

Description

一种具备宽带移相网络的序列馈电圆极化天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别是涉及一种具备宽带移相网络的序列馈电圆极化天线。
背景技术
随着信息与电子科技的飞速发展，使得通信系统对天线的性能要求越来越高。特别在卫星导航、机间通信等领域，对圆极化天线提出了高增益、低剖面、宽带轴比等要求。而对于传统的圆极化天线，采用切角或多馈点序列馈电的形式能够有效的提升天线性能，但随着天线宽带化、低仰角轴比等要求的提高，普通移相网络已不能保证宽带移相要求，造成在宽频带内轴比恶化，影响通信质量。随着导航系统的陆续商用及集群无人机机间通信技术发展，具备宽带移相网络的序列馈电圆极化天线，天线宽带化、低仰角轴比等要求越来越高，切角或普通移相网络已不能满足圆极化天线宽带轴比要求，造成天线在宽频带内轴比恶化，天线增益分量降低，影响通信质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具备宽带移相网络的序列馈电圆极化天线，能够实现宽带移相，保证天线良好的轴比特性。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种具备宽带移相网络的序列馈电圆极化天线，包括顶面开口的金属腔体，所述金属腔体的开口处设有贴片辐射单元，所述贴片辐射单元与金属腔体形成背腔，所述背腔的底部设有印制电路板，所述印制电路板上形成有宽带移相网络、一个馈电输入端和四个馈电输出端，所述一个馈电输入端通过宽带移相网络连接四个馈电输出端，所述印制电路板上设有四根耦合馈电柱，所述四根耦合馈电柱的底端分别与四个馈电输出端馈电连接，所述四根耦合馈电柱的顶端对贴片辐射单元进行序列馈电。
优选的，所述四根耦合馈电柱的顶端设有圆盘，所述耦合馈电柱的顶端通过圆盘对贴片辐射单元进行耦合馈电。
优选的，所述背腔内填充有绝缘材料。
优选的，所述绝缘材料为PMI泡沫或塑料。
优选的，所述宽带移相网络包括两条一级传输线和四条二级传输线，所述两条一级传输线的一端与馈电输入端并联，每一所述一级传输线的另一端与两条二级传输线的一端并联，所述四条二级传输线的另一端与馈电输出端连接，相并联的两条一级传输线以及两条二级传输线之间设置有隔离电阻，相并联的两条一级传输线中的一条一级传输线上以及两条二级传输线中的一条二级传输线上垂直连接有一对支节，所述支节的一端与金属腔体的底板短路连接，另一端开路。
优选的，所述一级传输线上的一对支节之间的线长为二分之一波长，所述二级传输线上的一对支节之间的线长为四分之三波长，所述支节短路的一端长度为八分之一波长，开路的一端长度为八分之一波长。
优选的，所述隔离电阻的阻值为100欧姆，所述一级传输线上的一对支节之间的一级传输线为80.8欧传输线，所述二级传输线上的一对支节之间的二级传输线为62.8欧传输线，所述一级传输线上的一对支节为62.8欧传输线，所述二级传输线上的一对支节为125.6欧传输线。
优选的，所述金属腔体的底板背部设有射频插座，所述射频插座与馈电输入端馈电连接。
优选的，所述金属腔体的底板开孔，所述射频插座通过同轴线与馈电输入端馈电连接。
优选的，所述金属腔体由铝材或不锈钢制成。
区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：可以实现天线圆极化辐射。有效提高辐射效率并抑制后向辐射，使天线具有频带宽、增益高、轴比低、前后比好等优点，可在约50％的带宽内保证相位离散度控制在±3°内，天线俯仰空域60度范围实现轴比≤3dB，圆极化增益可达6dBi，该天线结构形式简单，重量轻，剖面低，电性能稳定，一致性高，可广泛应用于卫星导航、机间通信等相关领域的载体平台上。
附图说明
图1是本发明实施例提供的具备宽带移相网络的序列馈电圆极化天线的结构分解示意图；
图2是图1所示的序列馈电圆极化天线的印制电路板的俯视图。
具体实施方式
下面将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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1，本发明实施例的具备宽带移相网络的序列馈电圆极化天线包括顶面开口的金属腔体1，金属腔体1的开口处设有贴片辐射单元2，贴片辐射单元2与金属腔体1形成背腔，背腔的底部设有印制电路板3，印制电路板3上形成有宽带移相网络(图未示)、一个馈电输入端(图未示)和四个馈电输出端(图未示)，一个馈电输入端通过宽带移相网络连接四个馈电输出端，印制电路板3上设有四根耦合馈电柱4，四根耦合馈电柱4的底端分别与四个馈电输出端馈电连接，四根耦合馈电柱4的顶端对贴片辐射单元2进行序列馈电。
为了实现耦合馈电柱4与贴片辐射单元2的馈电连接，四根耦合馈电柱4的顶端设有圆盘41，耦合馈电柱4的顶端通过圆盘41对贴片辐射单元2进行耦合馈电。当然，在其他一些应用中耦合馈电柱4可以对贴片辐射单元2进行直接馈电。
为了实现对天线的支撑，背腔内填充有绝缘材料，绝缘材料例如为PMI泡沫或塑料。
宽带移相网络主要是为了实现四端口网络，具体而言，参阅图2，宽带移相网络包括两条一级传输线51和四条二级传输线52，两条一级传输线51的一端与馈电输入端53并联，每一一级传输线51的另一端与两条二级传输线52的一端并联，四条二级传输线52的另一端与馈电输出端54连接，相并联的两条一级传输线51以及两条二级传输线52之间设置有隔离电阻55，相并联的两条一级传输线51中的一条一级传输线51上以及两条二级传输线52中的一条二级传输线52上垂直连接有一对支节56，支节56的一端与金属腔体1的底板短路连接，以形成短路支节，另一端开路，以形成开路支节。
进一步的，一级传输线51上的一对支节56之间的线长为二分之一波长，二级传输线52上的一对支节56之间的线长为四分之三波长，支节56短路的一端长度为八分之一波长，开路的一端长度为八分之一波长。
在一具体应用中，隔离电阻56的阻值为100欧姆，一级传输线51上的一对支节56之间的一级传输线51为80.8欧传输线，二级传输线52上的一对支节56之间的二级传输线52为62.8欧传输线，一级传输线51上的一对支节56为62.8欧传输线，二级传输线52上的一对支节56为125.6欧传输线。
为了方便安装，金属腔体1的底板背部设有射频插座(图未示)，射频插座与馈电输入端53馈电连接。在具体安装时，金属腔体1的底板开孔，射频插座通过同轴线与馈电输入端53馈电连接，射频插座通过螺钉固定在金属腔体1的底板背部，金属腔体1可以由铝材或不锈钢制成
通过上述方式，本发明实施例的具备宽带移相网络的序列馈电圆极化天线通过宽带移相网络保证在约50％带宽内将相位离散度控制在±3°内，从而保证圆极化天线良好的轴比带宽，天线俯仰空域60度范围可实现轴比≤3dB，圆极化增益可达6dBi，通过四个耦合馈电柱对贴片辐射单元进行序列馈电，从而实现天线圆极化辐射，通过在贴片辐射单元下方设计背腔，可以有效提高辐射效率并抑制后向辐射，使天线具有频带宽、增益高、轴比低、前后比好等有点，具有，从而能够实现宽带移相，保证天线良好的轴比特性。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种具备宽带移相网络的序列馈电圆极化天线，其特征在于，包括顶面开口的金属腔体，所述金属腔体的开口处设有贴片辐射单元，所述贴片辐射单元与金属腔体形成背腔，所述背腔的底部设有印制电路板，所述印制电路板上形成有宽带移相网络、一个馈电输入端和四个馈电输出端，所述一个馈电输入端通过宽带移相网络连接四个馈电输出端，所述印制电路板上设有四根耦合馈电柱，所述四根耦合馈电柱的底端分别与四个馈电输出端馈电连接，所述四根耦合馈电柱的顶端对贴片辐射单元进行序列馈电；
所述四根耦合馈电柱的顶端设有圆盘，所述耦合馈电柱的顶端通过圆盘对贴片辐射单元进行耦合馈电；
所述宽带移相网络包括两条一级传输线和四条二级传输线，所述两条一级传输线的一端与馈电输入端并联，每一所述一级传输线的另一端与两条二级传输线的一端并联，所述四条二级传输线的另一端与馈电输出端连接，相并联的两条一级传输线以及两条二级传输线之间设置有隔离电阻，相并联的两条一级传输线中的一条一级传输线上以及两条二级传输线中的一条二级传输线上垂直连接有一对支节，所述支节的一端与金属腔体的底板短路连接，另一端开路；
所述一级传输线上的一对支节之间的线长为二分之一波长，所述二级传输线上的一对支节之间的线长为四分之三波长，所述支节短路的一端长度为八分之一波长，开路的一端长度为八分之一波长；
所述隔离电阻的阻值为100欧姆，所述一级传输线上的一对支节之间的一级传输线为80.8欧传输线，所述二级传输线上的一对支节之间的二级传输线为62.8欧传输线，所述一级传输线上的一对支节为62.8欧传输线，所述二级传输线上的一对支节为125.6欧传输线。
2.根据权利要求1所述的具备宽带移相网络的序列馈电圆极化天线，其特征在于，所述背腔内填充有绝缘材料。
3.根据权利要求2所述的具备宽带移相网络的序列馈电圆极化天线，其特征在于，所述绝缘材料为PMI泡沫或塑料。
4.根据权利要求1-3任一所述的具备宽带移相网络的序列馈电圆极化天线，其特征在于，所述金属腔体的底板背部设有射频插座，所述射频插座与馈电输入端馈电连接。
5.根据权利要求4所述的具备宽带移相网络的序列馈电圆极化天线，其特征在于，所述金属腔体的底板开孔，所述射频插座通过同轴线与馈电输入端馈电连接。
6.根据权利要求1所述的具备宽带移相网络的序列馈电圆极化天线，其特征在于，所述金属腔体由铝材或不锈钢制成。
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