CN112768923A - 一种工作于s波段的双频宽波束微带天线 - Google Patents

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樊书辰
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Abstract

本发明公开了一种工作于S波段的双频宽波束微带天线，包括上层金属辐射贴片、上层介质基板、金属螺钉、下层金属辐射贴片、下层介质基板、金属凸台、金属反射板；自上向下依次设置上层介质基板、下层介质基板、金属凸台、金属反射板，金属凸台为碗型，碗底平面向上倒扣固定在金属反射板顶面中心，通过改变电磁波的发射路径长度使得在天线的正顶方向出现反向电流，从而使天线的方向图呈现“马鞍形”，上层金属辐射贴片黏贴在上层介质基板顶面中心，下层金属辐射贴片黏贴在下层介质基板顶面中心，上层介质基板和下层介质基板通过若干金属螺钉固定在金属凸台的顶面。本发明解决了星载天线波束窄、低仰角增益不够的问题，并且有效实现了天线的小型化。

Description

一种工作于S波段的双频宽波束微带天线
技术领域
本发明属于通信技术，具体涉及一种工作于S波段的双频宽波束微带天线。
背景技术
当前，通信技术的发展以及卫星发射技术的提高使得卫星在导航定位、遥感遥测等领域得到了越来越广泛的重视，在卫星通信中，为了保证在一定角域内的通信，一般要求天线具有宽波束的特性，并且保证天线在低仰角具有一定的增益；由于系统体积受限，还须要求天线具有小型化的特征，并且将发射和接收天线集成为一体。
为了实现天线的宽波束特性，通信中多采用振子天线，如CN110890619A公开了一种振子天线，天线采用对称振子天线的形式，最终实现宽波瓣的特性，但振子天线的高度过高，不易实现小型化；为了实现天线的小型化，通信中多采用微带天线，CN111106444A中公开了一种微带天线，但微带天线在低仰角处的增益不易达到通信要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工作于S波段的双频宽波束微带天线，解决了星载天线波束窄、低仰角增益不够的问题，并且有效实现了天线的小型化。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种工作于S波段的双频宽波束微带天线，包括上层金属辐射贴片、上层介质基板、金属螺钉、下层金属辐射贴片、下层介质基板、金属凸台、金属反射板；自上向下依次设置上层介质基板、下层介质基板、金属凸台、金属反射板，金属凸台为碗型，碗底平面向上倒扣固定在金属反射板顶面中心，通过改变电磁波的发射路径长度使得在天线的正顶方向出现反向电流，从而使天线的方向图呈现“马鞍形”，上层金属辐射贴片黏贴在上层介质基板顶面中心，下层金属辐射贴片黏贴在下层介质基板顶面中心，上层介质基板和下层介质基板通过若干金属螺钉固定在金属凸台的顶面。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
（1）本发明采用了金属凸台加金属反射板的结构，通过改变电磁波到金属反射板的路程，使得天线的方向图呈现“马鞍形”，从而在一定程度上提高了低仰角增益；
（2）本发明采用了层叠微带天线的形式，将接收和发射天线集成为一体，在不影响天线辐射性能的前提下可大大降低天线的体积和重量；
（3）通过将下层介质基板与金属凸台短接，大大提高了发射和接收端口之间的隔离度，保证了能量有效地辐射。
附图说明
图1为本发明工作于S波段的双频宽波束微带天线的整体结构示意图。
图2为本发明工作于S波段的双频宽波束微带天线的俯视图。
图3为本发明的低频微带天线俯视图。
图4为本发明的整体结构侧视图。
图5为本实施例的回波损耗示意图。
图6为本实施例天线高频和低频端口之间的隔离度示意图。
图7为本实施例的低频微带天线phi=0°、90°剖面方向图。
图8为本实施例的低频微带天线theta=60°剖面方向图。
图9为本实施例的高频微带天线phi=0°、90°剖面方向图。
图10为本实施例的高频微带天线theta=60°剖面方向图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1，一种工作于S波段的双频宽波束微带天线，包括上层金属辐射贴片1、金属螺钉3、下层介质基板5、金属凸台6、金属反射板7、若干上层介质基板2、若干下层金属辐射贴片4。自上向下依次设置上层介质基板2、下层介质基板5、金属凸台6、金属反射板7，金属凸台6为碗型，碗底平面向上倒扣固定在金属反射板7顶面中心，通过改变电磁波的发射路径长度使得在天线的正顶方向出现反向电流，从而使天线的方向图呈现“马鞍形”，上下层辐射贴片都为圆形加枝节的形状，改变枝节的大小可改变谐振频率，从而指导天线实物的调试，上层金属辐射贴片1黏贴在上层介质基板2顶面中心，形成上层微带天线，下层金属辐射贴片4黏贴在下层介质基板5顶面中心，形成下层微带天线，上层介质基板2和下层介质基板5通过若干金属螺钉3固定在金属凸台6的顶面。
下层微带天线的馈电点位于天线中心一侧约7mm位置处，在下层介质基板5上的馈电点位置开有通孔，下层辐射贴片4通过通孔与金属凸台6连接。
下层微带天线为接收天线，上层微带天线为发射天线，通过采用层叠式微带天线的形式，将接收和发射天线集成为一体。
在馈电点处将下层金属辐射贴片4接地，减小了端口间的互扰，提高了发射和接收端口的隔离度。
实施例1
结合图1，上层辐射贴片1位于上层介质基板2上，下层辐射贴片4位于下层介质基板5上，上层介质基板2的底面和下层介质基板5的顶面连接，两层介质基板均采用F4BTM-1/2板，厚度为2mm，损耗角正切为0.0015，其中上层板材介电常数为3.5，下层板材介电常数为2.6。两层微带均采用同轴探针馈电，下层微带天线的同轴探针穿过下层介质基板5与下层金属辐射贴片4相连，两馈电点相对于辐射贴片的中心成90°角，上层微带天线的同轴探针穿过上层介质基板2与上层金属辐射贴片1相连，两同轴探针相对于辐射贴片的中心也成90°角，并且上层微带的馈电位置和下层微带的馈电位置关于中心轴对称。下层介质基板5位于金属凸台6的顶面，金属凸台6位于金属反射板7上。
所述上层辐射贴片1和下层辐射贴片4，材料为铜，厚度为35um。
所述上层介质基板2，采取F4BTM-1/2材料，介电常数为3.2，损耗角正切为0.0015。
所述下层介质基板5，采取F4BTM-1/2材料，半径为28mm，厚度为2mm，介电常数为2.65，损耗角正切为0.0015。
所述金属凸台6，采用6061铝，上底面半径为28mm，下底面半径50mm，高度为20mm。
所述金属反射板7，采用6061铝，半径为95mm，厚度为2mm。
图2~图4给出了依照本发明实施的不同视角下的内部结构示意图。其中R1=4mm，r2=33.6mm，r3=56mm，r4=3.8mm，r5=100mm，r6=180mm，w1=5mm，d1=25mm，d2=6.9mm，h1=h2=2mm，h3=20mm，h4=2mm。
微带天线的仿真结果如图5~图9所示，其中图5给出了该天线的回波损耗图，在所需频段内回波损耗小于-15dB；图6给出了该天线高频和低频端口之间的隔离度，在所需频段内隔离度大于11dB，端口影响很小；图7给出了2.5GHz微带天线的phi=0°、90°剖面方向图，方向图形状呈现了马鞍形，低仰角增益明显提高；图8给出了2.5GHz微带天线theta=60°的剖面方向图，theta=60°方向图剖面的增益大于1dBi，图9给出了2.63GHz微带天线的phi=0°、90°剖面方向图，方向图趋近于马鞍形，低仰角增益明显提高；图10给出了2.63GHz微带天线theta=60°剖面的方向图，theta=60°方向图剖面增益大于1dBi。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知技术。

Claims (4)

1.一种工作于S波段的双频宽波束微带天线，其特征在于：包括上层介质基板（2）、金属螺钉（3）、下层介质基板（5）、金属凸台（6）、金属反射板（7）、若干上层金属辐射贴片（1）和若干下层金属辐射贴片（4）；自上向下依次设置上层介质基板（2）、下层介质基板（5）、金属凸台（6）、金属反射板（7），金属凸台（6）为碗型，碗底平面向上倒扣固定在金属反射板（7）顶面中心，通过改变电磁波的发射路径长度使得在天线的正顶方向出现反向电流，从而使天线的方向图呈现“马鞍形”，若干上层金属辐射贴片（1）黏贴在上层介质基板（2）顶面中心，形成上层微带天线，若干下层金属辐射贴片（4）黏贴在下层介质基板（5）顶面中心，形成下层微带天线，上层介质基板（2）和下层介质基板（5）通过若干金属螺钉（3）固定在金属凸台（6）的顶面。
2.根据权利要求1所述的工作于S波段的双频宽波束微带天线，其特征在于：上下层辐射贴片均为圆形加枝节的形状，通过改变枝节的大小改变谐振频率，从而指导天线实物的调试。
3.根据权利要求1所述的工作于S波段的双频宽波束微带天线，其特征在于：，下层微带天线的馈电点位于天线中心一侧7mm位置处，在下层介质基板（5）上的馈电点位置开有通孔，下层辐射贴片（4）通过通孔与金属凸台（6）连接。
4.根据权利要求1所述的工作于S波段的双频宽波束微带天线，其特征在于：下层微带天线为接收天线，上层微带天线为发射天线，通过采用层叠式微带天线的形式，将接收和发射天线集成为一体。
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