CN113823898B - 一种p/l/s三频段左右旋圆极化天线阵面 - Google Patents

一种p/l/s三频段左右旋圆极化天线阵面 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面，包括天线底板、均匀排布在天线底板上的L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元和P频段左右旋圆极化天线单元。本发明的L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元采用环形花瓣天线形式，具有工作频带宽、波束宽度宽、低仰角增益高、轴比好、隔离度高、可同时左右旋圆极化、幅面较低、占用水平面积较为集中的优点；P频段左右旋圆极化天线单元采用具有渐变宽度的折臂阵子天线形式，具有波束宽度宽、轴比好、可同时左右旋圆极化、幅面较高、在水平面呈十字交叉形状，占用水平面积很小的优点，二者实现了空间关系上高低错落，互无遮挡的排布，可很好地同时实现P、L和S三频段功能，并总体可视为一低剖面天线阵面。

Description

一种P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面。
背景技术
现有测控车载站及地面站中，为满足P频段安控、L频段安控以及S频段遥测的多频段测控需求，往往采用多个抛物面天线搭配多个伺服控制系统使用。每套抛物面天线及其伺服控制系统只能接收或发射其中一至两种测控频段。这种常规方案具有系统设备多、占用空间大、造价高等缺点。
发明内容
本发明是为了解决P频段安控、L频段安控以及S频段遥测的多频段测控需求，提供一种P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面，同时覆盖L、S频段，利用P频段左右旋圆极化天线单元覆盖P频段，通过将L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元与P频段左右旋圆极化天线单元按其各自间距均匀间隔排布在天线底板上，实现在一个阵面上集成P、L和S三种频段的功能其中L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元采用环形花瓣天线形式，具有工作频带宽、波束宽度宽、低仰角增益高、轴比好、隔离度高、可同时左右旋圆极化的优点。P频段左右旋圆极化天线单元采用具有渐变宽度的折臂阵子天线形式，具有波束宽度宽、轴比好、可同时左右旋圆极化的优点。在空间关系上，L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元选择幅面较低、占用水平面积较为集中的环形花瓣形式，而P频段左右旋圆极化天线单元选择幅面较高、在水平面呈十字交叉形状，占用水平面积很小的折臂阵子天线形式，两者均匀排布在同一天线底板上，高低错落，互无遮挡，可很好地同时实现P、L和S三频段功能。由于L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元和P频段左右旋圆极化天线单元只是在水平面上均匀排布，不涉及高度上的叠加，整套P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面的高度只是P频段左右旋圆极化天线单元的高度，因此P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面总体可视为一低剖面天线阵面。
本发明提供一种P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面，包括天线底板、均匀排布在天线底板上的若干个L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元和若干个P频段左右旋圆极化天线单元，P频段左右旋圆极化天线单元排布在L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元之间；
L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元覆盖L、S频段，P频段左右旋圆极化天线单元覆盖P频段。
本发明所述的一种P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面，作为优选方式，L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元为花瓣天线形式，P频段左右旋圆极化天线单元为折臂阵子天线形式，P频段左右旋圆极化天线单元的幅面高于L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元的幅面，L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元和P频段左右旋圆极化天线单元在水平面呈十字交叉形状排列。
本发明所述的一种P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面，作为优选方式，L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元和P频段左右旋圆极化天线单元根据EIRP指标各自按阵元间距均匀间隔排布在天线底板上。
本发明所述的一种P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面，作为优选方式，P频段左右旋圆极化天线单元包括垂直固定在天线底板上的P频段金属支撑柱、均匀设置在P频段金属支撑柱内的P频段同轴子和与P频段同轴子的顶部固定的金属折臂。
本发明所述的一种P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面，作为优选方式，P频段同轴子和金属折臂的数量都是4个，每2个金属折臂的间距均为90°；
金属折臂包括与天线底板平行的第一金属折臂和与天线底板末端连接垂直向下延伸的第二金属折臂，第二金属折臂的高度小于P频段同轴子的高度。
本发明所述的一种P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面，作为优选方式，第一金属折臂为等腰梯形，第一金属折臂的起始端与P频段同轴子固定，第一金属折臂的起始端的宽度小于与末端的宽度；
第二金属折臂为矩形。
本发明所述的一种P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面，作为优选方式，四个P频段同轴子的端口依次馈入相位为0°、90°、180°、270°或相位为0°、-90°、-180°、-270°的等幅射频信号以使P频段左右旋圆极化天线单元产生P频段的左右旋圆极化方向图。
本发明所述的一种P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面，作为优选方式，L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元包括与天线底板平行的L/S频段单元印制板、设置在L/S频段单元印制板上的至少2个环形花瓣辐射贴片、连接2个环形花瓣辐射贴片的金属搭片和与金属搭片、环形花瓣辐射贴片均连接、垂直向下延伸且末端与天线底板相交的L/S频段同轴子。
本发明所述的一种P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面，作为优选方式，环形花瓣辐射贴片的数量为4个，金属搭片和L/S频段同轴子的数量均为2个；
4个环形花瓣辐射贴片对称设置、互补连接且间隔相等，对角线上的两个环形花瓣辐射贴片通过金属搭片相互连接，两个金属搭片交叉设置，两个L/S频段同轴子分别与两个相邻的环形花瓣辐射贴片连接；
环形花瓣辐射贴片的花瓣中央掏空、光绘于L/S频段单元印制板上；
射频信号通过L/S频段同轴子传输给环形花瓣辐射贴片，两路射频信号幅度相等、相位相差90°或-90°以形成L及S频段的左右旋圆极化方向图。
本发明所述的一种P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面，作为优选方式，L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元与P频段左右旋圆极化天线单元使用2：1×2：1的二维布阵方式进行排布。
一种P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面，包括L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元、P频段左右旋圆极化天线单元和天线底板。所述L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元和P频段左右旋圆极化天线单元根据EIRP指标各自按其阵元间距均匀间隔排布在天线底板上。
L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元包括环形花瓣辐射贴片、金属搭片、L/S频段单元印制板、L/S频段同轴子和L/S频段单元底板。所述环形花瓣辐射贴片共有四瓣，每个花瓣中央掏空，光绘于L/S频段单元印制板上。相邻两片环形花瓣互不连接，间隔相等，对角线上的两片环形花瓣通过一对金属搭片相互连接。射频信号通过L/S频段同轴子传输给环形花瓣辐射贴片，两路射频信号幅度相等，相位相差90°或-90°，从而形成L及S频段的左右旋圆极化方向图。
P频段左右旋圆极化天线单元包括宽度渐变的金属折臂、P频段同轴子、P频段金属支撑柱和P频段单元底板。所述宽度渐变的金属折臂共有四支，每个金属支臂水平于P频段单元底板的部分为一等腰梯形，靠近单元中央一侧边长较窄，远离单元中央一侧边长较宽。从而使靠近中央一侧的折臂不至于相互干涉，而远离中央的边长通过扩展宽度可以实现天线带宽的展宽。所述宽度渐变的金属折臂垂直于底板的部分为一矩形。所述P频段同轴子共有四根，均匀置于P频段金属支撑柱内。通过给P频段同轴子的四个端口依次馈入相位为0°、90°、180°、270°或相位为0°、-90°、-180°、-270°的等幅射频信号，使P频段左右旋圆极化天线单元产生P频段的左右旋圆极化方向图。
典型的P频段安控频率为630MHz~660MHz，典型的L频段安控频率为1750MHz~1850MHz，典型的S频段遥测频率为2200MHz~2400MHz。若三个频段均选择独立单元布阵，P频段单元间距与L和S频段单元间距相差较多， L频段单元和S频段单元间距相近，三个频段的单元不能在一个水平面下完成均匀间隔排布，往往需要舍弃其中某个频率，或在高度方向上叠层排布。而叠层排布不止增加了天线的高度，同时存在单元间的相互遮挡，从而使天线性能有所下降。因此，本发明采用L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元同时覆盖典型L安控频段和典型S遥测频段，节省了大量的空间，使在一个平板阵面上实现P/L/S三个测控频段功能成为可能。
等效全向辐射功率（英语：equivalent isotropically radiated power，EIRP），或叫有效全向辐射功率，是无线电通信领域的一个常见概念，它指的是卫星或地面站在某个指定方向上的辐射功率，理想状态下等于功放的发射功率天线的增益。
本发明中的解决方案，不仅可以应用于P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面，同样适用于有其他类似需求的三频段天线阵面上。
本发明具有以下优点：
（1）本发明利用多频率口径复用的方法，先将L频段和S频段的功能集成在一种L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元上，再将L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元和P频段左右旋圆极化天线单元复合在同一个天线底板上，两重复用。从而实现将P、L、S三频段复合在同一平板天线阵面中，可同时完成三种频段的左右旋圆极化接收和发射。其中，L和S频段信号共用一个天线单元，L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元和P频段左右旋圆极化天线单元相互无遮挡，互扰极小。
（2）不管是将本发明的P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面用在单通道单脉冲平板天线还是用在平板相控阵天线都只需搭配一台伺服控制系统，完成原有多套天饲馈系统才能具备的功能，从而实现系统设备的简化、空间利用率的提升以及人力物力等造价的大幅缩减。
附图说明
图1为一种P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面结构示意图；
图2为一种P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元结构示意图；
图3为一种P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面P频段左右旋圆极化天线单元结构示意图。
附图标记：
1、天线底板； 2、L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元； 21、L/S频段单元印制板；22、环形花瓣辐射贴片； 23、金属搭片；24、L/S频段同轴子； 3、P频段左右旋圆极化天线单元； 31、P频段金属支撑柱； 32、P频段同轴子； 33、金属折臂； 331、第一金属折臂； 332、第二金属折臂。
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
如图1所示，一种P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面，包括天线底板1、均匀排布在天线底板1上的若干个L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元2和若干个P频段左右旋圆极化天线单元3，P频段左右旋圆极化天线单元3排布在L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元2之间；
L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元2覆盖L、S频段，P频段左右旋圆极化天线单元3覆盖P频段。
实施例2
如图1所示，一种P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面，包括天线底板1、均匀排布在天线底板1上的若干个L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元2和若干个P频段左右旋圆极化天线单元3，P频段左右旋圆极化天线单元3排布在L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元2之间；
L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元2覆盖L、S频段，P频段左右旋圆极化天线单元3覆盖P频段；
如图2所示，L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元2为花瓣天线形式，L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元2包括与天线底板1平行的L/S频段单元印制板21、设置在L/S频段单元印制板21上的4个环形花瓣辐射贴片22、连接2个环形花瓣辐射贴片22的金属搭片23和与金属搭片23、环形花瓣辐射贴片22均连接、垂直向下延伸且末端与天线底板1相交的L/S频段同轴子24；
金属搭片23和L/S频段同轴子24的数量均为2个，每2个金属折臂33的间距均为90°；
4个环形花瓣辐射贴片22对称设置、互补连接且间隔相等，对角线上的两个环形花瓣辐射贴片22通过金属搭片23相互连接，两个金属搭片23交叉设置，两个L/S频段同轴子24分别与两个相邻的环形花瓣辐射贴片22连接；
环形花瓣辐射贴片22的花瓣中央掏空、光绘于L/S频段单元印制板21上；
射频信号通过L/S频段同轴子24传输给环形花瓣辐射贴片22，两路射频信号幅度相等、相位相差90°或-90°以形成L及S频段的左右旋圆极化方向图；
如图3所示，P频段左右旋圆极化天线单元3为折臂阵子天线形式，P频段左右旋圆极化天线单元3的幅面高于L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元2的幅面，L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元2和P频段左右旋圆极化天线单元3在水平面呈十字交叉形状排列；
L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元2和P频段左右旋圆极化天线单元3根据EIRP指标各自按阵元间距均匀间隔排布在天线底板1上；
P频段左右旋圆极化天线单元3包括垂直固定在天线底板1上的P频段金属支撑柱31、均匀设置在P频段金属支撑柱31内的P频段同轴子32和与P频段同轴子32的顶部固定的金属折臂33；
P频段同轴子32和金属折臂33的数量都是4个；
金属折臂33包括与天线底板1平行的第一金属折臂331和与天线底板1末端连接垂直向下延伸的第二金属折臂332，第二金属折臂332的高度小于P频段同轴子32的高度；
第一金属折臂331为等腰梯形，第一金属折臂331的起始端与P频段同轴子32固定，第一金属折臂331的起始端的宽度小于与末端的宽度；
第二金属折臂332为矩形；
四个P频段同轴子32的端口依次馈入相位为0°、90°、180°、270°或相位为0°、-90°、-180°、-270°的等幅射频信号以使P频段左右旋圆极化天线单元3产生P频段的左右旋圆极化方向图；
L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元2与P频段左右旋圆极化天线单元3使用2：1×2：1的二维布阵方式进行排布。
实施例3
如图1-3所示，一种P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面，采用576个L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元1及144个P频段左右旋圆极化天线单元2均匀交叉排布完成。L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元1与P频段左右旋圆极化天线单元2采用（2：1）×（2：1）的二维布阵方式进行排布。L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元1的单元间距选择100mm，P频段左右旋圆极化天线单元2的单元间距选择200mm。
L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元1的L/S频段单元印制板6采用厚度为0.635mm的ROGERS陶瓷板R03006；环形花瓣辐射贴片4的直径约为25mm，相邻间距约为1.6mm；L/S频段同轴子7的高度约为39mm。L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元1的外形尺寸约为100mm×100mm×40mm。
P频段左右旋圆极化天线单元2的宽度渐变的金属折臂，其水平段窄边宽度为3.45mm，宽边长度为6mm，长度为56mm；垂直段高度为57mm。P频段金属支撑柱11的高度为121mm，直径为19mm。P频段左右旋圆极化天线单元2的外形尺寸约为Φ200mm×148mm。
以上实例所述的天线阵面可实现33dB以上的L/S频段阵面增益及22dB以上的P频段阵面增益。
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 (9)

1.一种P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面，其特征在于：包括天线底板（1）、均匀排布在所述天线底板（1）上的若干个L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元（2）和若干个P频段左右旋圆极化天线单元（3），所述P频段左右旋圆极化天线单元（3）排布在所述L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元（2）之间；
所述L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元（2）覆盖L、S频段，所述P频段左右旋圆极化天线单元（3）覆盖P频段；
所述L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元（2）为花瓣天线形式，所述P频段左右旋圆极化天线单元（3）为折臂阵子天线形式，所述P频段左右旋圆极化天线单元（3）的幅面高于所述L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元（2）的幅面，所述L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元（2）和所述P频段左右旋圆极化天线单元（3）在水平面呈十字交叉形状排列。
2.根据权利要求1所述的一种P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面，其特征在于：所述L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元（2）和所述P频段左右旋圆极化天线单元（3）根据EIRP指标各自按阵元间距均匀间隔排布在所述天线底板（1）上。
3.根据权利要求1所述的一种P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面，其特征在于：所述P频段左右旋圆极化天线单元（3）包括垂直固定在所述天线底板（1）上的P频段金属支撑柱（31）、均匀设置在所述P频段金属支撑柱（31）内的P频段同轴子（32）和与所述P频段同轴子（32）的顶部固定的金属折臂（33）。
4.根据权利要求3所述的一种P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面，其特征在于：
所述P频段同轴子（32）和所述金属折臂（33）的数量都是4个，每2个所述金属折臂（33）的间距均为90°；
所述金属折臂（33）包括与所述天线底板（1）平行的第一金属折臂（331）和与所述天线底板（1）末端连接垂直向下延伸的第二金属折臂（332），所述第二金属折臂（332）的高度小于所述P频段同轴子（32）的高度。
5.根据权利要求4所述的一种P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面，其特征在于：所述第一金属折臂（331）为等腰梯形，所述第一金属折臂（331）的起始端与所述P频段同轴子（32）固定，所述第一金属折臂（331）的起始端的宽度小于与所述末端的宽度；
所述第二金属折臂（332）为矩形。
6.根据权利要求4所述的一种P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面，其特征在于：四个所述P频段同轴子（32）的端口依次馈入相位为0°、90°、180°、270°或相位为0°、-90°、-180°、-270°的等幅射频信号以使所述P频段左右旋圆极化天线单元（3）产生P频段的左右旋圆极化方向图。
7.根据权利要求1所述的一种P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面，其特征在于：所述L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元（2）包括与所述天线底板（1）平行的L/S频段单元印制板（21）、设置在所述L/S频段单元印制板（21）上的至少2个环形花瓣辐射贴片（22）、连接2个所述环形花瓣辐射贴片（22）的金属搭片（23）和与所述金属搭片（23）、所述环形花瓣辐射贴片（22）均连接、垂直向下延伸且末端与所述天线底板（1）相交的L/S频段同轴子（24）。
8.根据权利要求7所述的一种P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面，其特征在于：所述环形花瓣辐射贴片（22）的数量为4个，所述金属搭片（23）和所述L/S频段同轴子（24）的数量均为2个；
4个所述环形花瓣辐射贴片（22）对称设置、互不连接且间隔相等，对角线上的两个所述环形花瓣辐射贴片（22）通过所述金属搭片（23）相互连接，两个所述金属搭片（23）交叉设置，两个所述L/S频段同轴子（24）分别与两个相邻的所述环形花瓣辐射贴片（22）连接；
所述环形花瓣辐射贴片（22）的花瓣中央掏空、光绘于所述L/S频段单元印制板（21）上；
射频信号通过所述L/S频段同轴子（24）传输给所述环形花瓣辐射贴片（22），两路射频信号幅度相等、相位相差90°或-90°以形成L及S频段的左右旋圆极化方向图。
9.根据权利要求1所述的一种P/L/S三频段左右旋圆极化天线阵面，其特征在于：所述L/S双频宽带左右旋圆极化天线单元（2）与所述P频段左右旋圆极化天线单元（3）使用2：1×2：1的二维布阵方式进行排布。
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