CN205029022U - 便携式圆极化微带天线阵列 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了便携式圆极化微带天线阵列，涉及通信、测控领域。本天线阵列包括多个子阵单元，每个子阵单元由两个辐射单元组成，所述的辐射单元包括上层介质板1、中间层介质板2、底层介质板3、反射铝板4和介质柱7，中间层介质板2的上表面设有两个正交设置的圆形电容片9，两个圆形电容片9的圆心投影位于中间层贴片6组成区域内，且均偏离中间层贴片6的几何中心；两个圆形电容片9均通过金属探针8与圆极化馈电网络11的两个输出端一一对应相连。本实用新型根据通信、测控对极化纯度、安装空间的要求设计，具有驻波带宽宽、轴比带宽宽的特点；还具有轮廓低、尺寸小、易集成等特点，特别适用于通信系统中便携式圆极化天线的制造。
Description
技术领域
本实用新型涉及通信、测控领域中的一种便携式圆极化微带阵列天线，本实用新型较适合应用于要求圆极化辐射天线的通信、测控系统中。
背景技术
目前在通信、测控系统中可以形成圆极化的微带天线主要有以下几种结构形式，在性能上虽各有特点，但均存在某种不足。
1、切角圆极化微带天线：该形式天线结构简单，轮廓低，但天线轴比、驻波带宽小于2％。
2、外接圆极化电桥的圆极化微带天线形式，该形式的微带天线轴比、驻波带宽较宽通常其小于3dB轴比带宽大于15％，小于2的驻波带宽大于20％，但外接圆极化电桥占用空间较大、馈线冗长、差损较大，不利于天线、网络一体化设计。
3、缝隙耦合圆极化微带天线，该形式的圆极化微带天线与传统的圆极化微带天线比较，具有阻抗、轴比带宽宽的特点，但由于缝隙结构的不对称性，往往需要加载隔离电阻实现较宽的轴比带宽，这样产生了两个问题：一方面，隔离电阻需要人工焊接，当阵列规模较大时，需要巨大的工作量，又很难保证单元焊接的一致性；另一方面，隔离电阻会产生一定的差损，导致辐射增益不同程度的下降。
实用新型内容
本实用新型的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种便携式圆极化微带阵列天线，本实用新型的特点是，阻抗、轴比带宽宽，结构紧凑、可实现便携式天线设计。
本实用新型是这样实现的：便携式圆极化微带天线阵列，包括多个子阵单元，每个子阵单元由两个辐射单元组成，所述的辐射单元包括从上到下依次设置的上层介质板1、中间层介质板2、底层介质板3和反射铝板4，所述的上层介质板1的下表面敷刻有正方形的上层贴片5，中间层介质板的下表面敷刻有正方形的中间层贴片6，底层介质板3的上表面设有金属地，底层介质板3的下表面设有圆极化馈电网络11，其特征在于：中间层介质板2的上表面设有两个圆形电容片9，两个圆形电容片的圆心9与中间层贴片6的几何中心夹角为90°，两个圆形电容片9的圆心投影位于中间层贴片6组成区域内，且均偏离中间层贴片6的几何中心；两个圆形电容片9均通过金属探针8与圆极化馈电网络11的两个输出端一一对应相连。
其中，所述的子阵单元由第一辐射单元和第二辐射单元组成，同时在印制板上设置有一分二合路器和180°倒相环12，第一辐射单元绕自身几何中心旋转180°后平移形成第二辐射单元；第一辐射单元的圆极化馈电网络11的输入端通过180°倒相环12与一分二合路器的一个输出端相连，一分二合路器的另一个输出端与第二辐射单元的圆极化馈电网络的输入端相连接。
其中，所述的圆极化馈电网络11包括威尔金森功分器结构和90°移相段10，威尔金森功分器结构由输入端、第一阻抗变换段至第三阻抗变换段和第一输出端至第二输出端组成，第一输出端通过90°移相段10与第一金属探针相连接，第二输出端与第二金属探针相连接，输入端连接同轴电缆。
其中，子阵单元之间通过一分二合路器的输入端连接到一个同轴电缆。
本实用新型与背景技术比较有如下优点：
1、本实用新型设置了一种便携式圆极化微带阵列天线，该天线通过探针顶馈耦合贴片的技术，增加了天线的辐射带宽，改善了圆极化轴比特性，能在宽频带内产生高质量的圆极化定向波束，其小于2的驻波带宽大于20％，小于3dB轴比带宽大于15％。
2、本实用新型整个天线结构简单、紧凑，与其他圆极化微带天线比较无需焊接隔离电阻，且可满足宽带圆极化辐射要求，同时该设计实现了天线与网络一体化设计，可实现便携式设计，适用于要求便携式、小型化圆极化天线的通信系统中。
附图说明
图1是本实用新型三维结构示意图；
图2是本实用新型中间层馈电结构示意图；
图3是本实用新型底层馈电网络示意图。
具体实施方式
参照图1、图2和图3，本实用新型由上层介质板1、中间层介质板2、底层介质板3、反射铝板4和介质柱7构成，图1是本实用新型三维结构示意图，给出了各部件间的相对位置关系，图2是本实用新型中间层馈电结构示意图，图3是底层馈电网络示意图。
上层介质板1的下表面敷刻有正方形的上层贴片5，其中上层贴片5作用是辐射或接收圆极化电磁信号，完成电磁信号转换，实施例采用印制板敷铜结构，该辐射贴片的安装方向是朝下的，此设计是考虑到介质板对辐射贴片可起到保护作用；
中间层贴片6位于中间层介质板2的下表面，其作用是耦合上层贴片5接收到的信号；
圆型电容片9位于中间层介质板2的上表面，两个圆形电容片的圆心与中间层贴片的几何中心夹角为90°，两个圆形电容片的圆心投影均位于中间层贴片组成区域内，且均偏离中间层贴片的几何中心，它的作用是改善天线的阻抗匹配；
圆极化馈电网络11位于底层介质板3的下表面，该馈电网络为威尔金森功分器结构11，实现对中间层贴片的激励，该结构实现了对信号等功率分配和90°相差的功能，这是实现圆极化的必要条件；威尔金森功分器结构15的第一输出端13通过90°移相段10与第一金属探针相连接，第二输出端13与第二金属探针相连接；90°移相段10是实现了两路信号90°相差；
金属地位于底层介质板3的上表面，它的作用是保证贴片的辐射为法向辐射；
金属探针8分别连接电容片和圆极化馈电网络分路终端，作用是实现信号通过金属探针8经由馈电网络传送的贴片上，进而辐射到自由空间。
实施例的便携式阵列天线由两个1×2子阵单元组成，每个子阵单元由两个辐射单元组成，分别为第一辐射单元和第二辐射单元，所述的第一辐射单元绕自身几何中心旋转180后平移形成第二辐射单元；第一辐射单元的圆极化馈电网络的输入端14通过180°倒相环12与一分二合路器的一个输出端相连，一分二合路器的另一个输出端与第二辐射单元的圆极化馈电网络的输入端相连接。
反射铝板4保证了信号的定向辐射，同时抑制了馈线网络的的寄生辐射，保证了天线的电磁兼容；介质柱7对各层之间起到了支撑作用，与金属螺钉比较同时它的重量轻对天线辐射影响小。
本实用新型工作原理如下：当发射信号时，发射信号通过同轴电缆输入到功分网络，并把能量分配给两个子阵单元，子阵单元的功率分配网络把能量再分为幅度相等，相差180°的两路信号，信号进入到辐射单元中，并由圆极化馈电网络11功分为幅度相等、相位差90°的两路信号，并在在中间层贴片6激励器起圆极化电磁波，该圆极化波通过空间耦合方式在上层贴片5上激励起电磁波，并由它辐射到自由空间。
Claims (4)
1.便携式圆极化微带天线阵列，包括多个子阵单元，每个子阵单元由两个辐射单元组成，所述的辐射单元包括从上到下依次设置的上层介质板(1)、中间层介质板(2)、底层介质板(3)和反射铝板(4)，所述的上层介质板(1)的下表面敷刻有正方形的上层贴片(5)，中间层介质板的下表面敷刻有正方形的中间层贴片(6)，底层介质板(3)的上表面设有金属地，底层介质板(3)的下表面设有圆极化馈电网络(11)，其特征在于：中间层介质板(2)的上表面设有两个圆形电容片(9)，两个圆形电容片的圆心(9)与中间层贴片(6)的几何中心夹角为90°，两个圆形电容片(9)的圆心投影位于中间层贴片(6)组成区域内，且均偏离中间层贴片(6)的几何中心；两个圆形电容片(9)均通过金属探针(8)与圆极化馈电网络(11)的两个输出端一一对应相连。
2.根据权利要求1所述的便携式圆极化微带天线阵列,其特征在于：所述的子阵单元由第一辐射单元和第二辐射单元组成，同时在印制板上设置有一分二合路器和180°倒相环(12)，第一辐射单元绕自身几何中心旋转180°后平移形成第二辐射单元；第一辐射单元的圆极化馈电网络(11)的输入端通过180°倒相环(12)与一分二合路器的一个输出端相连，一分二合路器的另一个输出端与第二辐射单元的圆极化馈电网络的输入端相连接，一分二合路器的输入端连接同轴电缆。
3.根据权利要求1或2所述的便携式圆极化微带天线阵列,其特征在于：所述的圆极化馈电网络(11)包括威尔金森功分器结构和90°移相段(10)，威尔金森功分器结构由输入端、第一阻抗变换段至第三阻抗变换段和第一输出端至第二输出端组成，第一输出端通过90°移相段(10)与第一金属探针相连接，第二输出端与第二金属探针相连接。
4.根据权利要求2所述的便携式圆极化微带天线阵列,其特征在于：子阵单元之间通过一分二合路器的输入端连接到一个同轴电缆。
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