CN209374668U - 一种用于s频段的右旋圆极化印刷天线 - Google Patents

Abstract

一种用于S频段的右旋圆极化印刷天线，包括介质基板，介质基板正面设置有辐射贴片，圆形辐射贴片以及两个1/4圆环形辐射贴片，介质基板外边设置有辐射贴片，圆形辐射贴片的圆心与介质基板的中心相重合，1/4圆环形辐射贴片位于辐射贴片的对角线上，其末端与辐射贴片相连接；介质基板的背面设置有不规则切角矩形耦合单元与50Ω微带馈线，不规则切角矩形耦合单元与50Ω微带馈线相连接。本实用新型具有结构简单，尺寸较小，相对轴比带宽较宽的特点。

Description

一种用于S频段的右旋圆极化印刷天线

技术领域

本实用新型涉及卫星通信技术领域，特别涉及一种用于S频段的右旋圆极化印刷天线。

背景技术

天线是发射和接收无线电磁波的重要设备，作为无线通信系统的前端部件，其工作性能的优劣直接影响到整个通信系统的性能优劣。随着卫星通信应用范围的扩大以及对高速目标在各种极化方式和气候条件下跟踪测试的需要，单一极化方式已经难以满足需求，圆极化天线可以有效抑制多径衰落和极化失配带来的损耗，以保证信号在发射机和接收机之间传输的稳定性。圆极化天线相比于线极化天线有诸多优点，它可以接收任意极化方向传输过来的电磁波，其辐射出去的电磁波也可以由任意极化方向的天线所接收。圆极化波入射到具有对称形状的目标比如平面，球面等时，会发生极化反转，即反射的圆极化波旋向相反。由于水滴近似呈球形，因而圆极化天线具有抑制雨雾干扰的能力。

S频段是无线通信系统中最常用的频段，现有的S频段卫星通信天线具有尺寸大，结构设计复杂，加工难度大，成本高，相对轴比带宽较窄等缺点，因而在实际应用中受到了一定的限制。

发明内容

为了解决以上技术问题，本实用新型的目的在于提供一种用于S频段的右旋圆极化印刷天线，具有结构简单，尺寸较小，相对轴比带宽较宽的特点。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种用于S频段的右旋圆极化印刷天线，包括介质基板1，介质基板1正面设置有辐射贴片3，圆形辐射贴片4以及两个1/4圆环形辐射贴片5，介质基板1外边设置有辐射贴片3，所述的圆形辐射贴片4的圆心与介质基板1的中心相重合，1/4圆环形辐射贴片5位于辐射贴片3的对角线上，其末端与辐射贴片3相连接；

所述的介质基板1的背面设置有不规则切角矩形耦合单元6与50Ω微带馈线2，不规则切角矩形耦合单元6与50Ω微带馈线2相连接。

所述的介质基板1为矩形基板，材料选用Rogers RT/duroid 5880(tm)。

所述的辐射贴片3为矩形框辐射贴片。

所述的不规则切角矩形耦合单元6分为切角长度a与切角宽度b，切角长度a与切角宽度b为可调节结构。

其中介质基板为矩形基板，材料为Rogers RT/duroid 5880(tm)，介电常数2.2，损耗正切角0.0009，介质基板厚度为H，长度为L，宽度为W。L和W的尺寸可利用下列公式来进行计算得出，其中c＝3×10⁸m/s为光速，f_r为天线谐振频率，ε_r为相对介电常数，ε_e为有效介电常数：

矩形框辐射贴片设置在介质基板的正面，外边缘尺寸与介质基板相同，线宽为W1。

圆形辐射贴片设置在介质基板的正面，圆形辐射贴片的圆心与介质基板的中心相重合，贴片半径为R1。

两个1/4圆环形辐射贴片设置于介质基板的正面，位于矩形框辐射贴片的对角线上，末端与矩形框辐射贴片相连接，用于和圆形辐射贴片相互作用，从而激励起两个幅度相等，相位相差90°的线极化波，从而实现圆极化。两个1/4圆环形辐射贴片的外环半径为R1，内环半径为R2。

不规则切角矩形耦合单元与50Ω微带馈线相连接，均设置于介质基板的背面。不规则切角矩形耦合单元的切角尺寸a和b用于调节天线的阻抗匹配和轴比大小。

本实用新型的有益效果：

采用两个1/4圆环形辐射贴片设置于圆形辐射贴片的对角，与圆形辐射贴片之间相互激励，形成两个幅度相等，相位相差90°的线极化波，从而实现右旋圆极化(RHCP)。并通过调节介质基板背面的不规则切角矩形耦合单元的切角尺寸大小，来调整整个天线的阻抗匹配和轴比大小，从而使得天线在1980MHz～2200MHz频段范围内，驻波比满足VSWR≤2:1，轴比满足AR≤3dB，可满足S波段上行1980MHz～2010MHz，下行2170MHz～2200MHz的卫星通信要求。

附图说明

图1为本实用新型所述右旋圆极化印刷天线的正面图。

图2为本实用新型所述右旋圆极化印刷天线的背面图。

图3为本实用新型所述右旋圆极化印刷天线的不规则切角矩形耦合单元。

图4为本实用新型所述右旋圆极化印刷天线的驻波比图。

图5为本实用新型所述右旋圆极化印刷天线的轴比图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

本实用新型天线包括介质基板1,50Ω微带馈线2，矩形框辐射贴片3，圆形辐射贴片4,两个1/4圆环形辐射贴片5，不规则切角矩形耦合单元6。

如图1所示，介质基板1为矩形基板，材料选用Rogers RT/duroid 5880(tm)，介电常数2.2，损耗正切角0.0009，介质基板厚度为H＝0.8mm，长度为L，宽度为W。L和W的尺寸可利用下列公式来进行计算得出：

其中c为光速，c＝3×10⁸m/s，f_r为天线的谐振频率，ε_r为相对介电常数，ε_e为有效介电常数：

经计算并优化后的总体尺寸为L*W＝48mm*48mm。

矩形框辐射贴片3，圆形辐射贴片4以及两个1/4圆环形辐射贴片5均设置在介质基板1的正面。

其中矩形框辐射贴片3的外边框尺寸与介质基板1的尺寸相同，矩形框辐射贴片3的贴片线宽为W1＝3.3mm。

圆形辐射贴片4的圆心与介质基板1的中心相重合，圆形辐射贴片4的贴片半径为R1＝12.8mm。

两个1/4圆环形辐射贴片5位于矩形框辐射贴片3的对角线上，其末端与矩形框辐射贴片3相连接，用于和圆形辐射贴片4相互作用，从而激励起两个幅度相等，相位相差90°的线极化波，从而实现右旋圆极化(RHCP)的要求。两个1/4圆环形辐射贴片5的外环半径为R1＝12.8mm，内环半径为R2＝9.8mm，贴片线宽为3mm。

如图2所示，不规则切角矩形耦合单元6与50Ω微带馈线2相连接，均设置于介质基板1的背面。调节不规则切角矩形耦合单元6的切角尺寸a和b可以调整天线的阻抗匹配和轴比大小。

如图3所示为不规则切角矩形耦合单元6的切角尺寸示意图。切角宽度b主要影响天线的阻抗匹配，调节b的大小可以调节天线的谐振频率，b越大，则中心频点的驻波比明显变好。切角长度a对于天线的驻波比和轴比都有影响，调节a的大小选择合适的a的长度，可以使天线在满足驻波比VSWR≤2:1时有较好的轴比带宽，轴比满足AR≤3dB。

如图4和图5所示为本实用新型天线经仿真计算优化后得到的驻波比和轴比的结果，可以看出在1980MHz～2200MHz频段范围内，天线的驻波比为1.7左右，驻波比和轴比均满足要求。

本实用新型的有益效果在于：采用两个1/4圆环形辐射贴片5与圆形辐射贴片4相互激励，形成两个幅度相等，相位相差90°的线极化波，从而实现右旋圆极化，并通过调节背面的不规则切角矩形耦合单元6的尺寸大小，从而调整天线的阻抗匹配和轴比大小，使得天线在1980MHz～2200MHz频段范围内，驻波比满足VSWR≤2:1，轴比满足AR≤3dB，可满足S波段上行1980MHz～2010MHz，下行2170MHz～2200MHz的卫星通信要求。

相比于抛物面天线，印刷天线具有低剖面，重量轻，易加工，成本低等诸多优点，并且可以通过合理的设置辐射单元的结构和馈电方式实现各种极化的工作模式。因而圆极化印刷天线在电子侦察和抗干扰，全球定位，遥感测控，卫星通信等军事和民用领域得到广泛应用。

Claims (4)

1.一种用于S频段的右旋圆极化印刷天线，其特征在于，包括介质基板(1)，介质基板(1)正面设置有辐射贴片(3)，圆形辐射贴片(4)以及两个1/4圆环形辐射贴片(5)，介质基板(1)外边设置有辐射贴片(3)，所述的圆形辐射贴片(4)的圆心与介质基板(1)的中心相重合，1/4圆环形辐射贴片(5)位于辐射贴片(3)的对角线上，其末端与辐射贴片(3)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于S频段的右旋圆极化印刷天线，其特征在于，所述的介质基板(1)的背面设置有不规则切角矩形耦合单元(6)与50Ω微带馈线(2)，不规则切角矩形耦合单元(6)与50Ω微带馈线(2)相连接；

所述的不规则切角矩形耦合单元(6)分为切角长度a与切角宽度b，切角长度a与切角宽度b为可调节结构。

3.根据权利要求1所述的一种用于S频段的右旋圆极化印刷天线，其特征在于，所述的介质基板(1)为矩形基板，材料选用Rogers RT/duroid 5880(tm)。

4.根据权利要求1所述的一种用于S频段的右旋圆极化印刷天线，其特征在于，所述的辐射贴片(3)为矩形框辐射贴片。