CN209822860U - 一种宽带的双极化正交天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种宽带的双极化正交天线，包括第一印制板、第二印制板、第三印制板、第四印制板、反射板、天线罩和射频同轴连接器，所述第一印制板和所述第二印制板组合形成第一波束天线，所述第三印制板和所述第四印制板组合形成第二波束天线，两波束天线正交并具有同一个正交中心。本实用新型可以有效地实现正交天线的双极化，满足辐射中心和相位中心工作，使得天线尺寸减小、重量减轻，同时增大带宽。

Description

一种宽带的双极化正交天线

技术领域

本实用新型涉及微波天线技术领域，具体来说，涉及一种宽带的双极化正交天线，可以满足电子干扰覆盖X波段的要求，有利于干扰装置的研制和设计。

背景技术

在现有的GSM网络建设和维护工作中，如何解决GSM网络话务量密度区的容量和干扰问题，提高全网的接通率，已经成为了近期工作研究的重难点。为了能够降低掉话量和提高通话质量，需要使用合适的天线技术来有效控制覆盖范围，同时降低同频干扰，改善手机信号的接收效果。

目前市面上经常使用的技术是双极化天线技术，这是一种新型的天线技术，可以同时在收发双工的模式下进行工作，最大程度上降低了天线的使用量，提高了覆盖率。这是因为双极化天线组合了正负四十五度方向的相互正交的天线，这样安排极大程度上减低了天线间隔度的要求，从而节省了基层建设的投资，使得基站的布局更加合理。由于双极化天线可以形成一对极化方式正交，且工作频率相同的电磁波，目前已广泛应用于电子信息领域。

设计双极化天线，一般要求其具有宽带、高增益、高隔离度及低交叉极化等特性。由于微带天线具有体积小、重量轻等优点，所以早期的双极化天线多采用此类形式，但它固有的特性决定了其带宽不理想。也有采用四脊喇叭天线的形式，设计了双极化、宽频带的天线，但喇叭天线笨重的结构并不适合轻量化、小型化的特点。

实用新型内容

针对相关技术中的问题，本实用新型提出一种宽带的双极化正交天线，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种宽带的双极化正交天线，包括第一印制板、第二印制板、第三印制板、第四印制板、反射板、天线罩和射频同轴连接器；

所述第一印制板和所述第二印制板组合形成第一波束天线，所述第三印制板和所述第四印制板组合形成第二波束天线，两波束天线正交并具有同一个正交中心；

所述第一印制板的一面和所述第三印制板的一面以微带线的形式集成有馈电巴伦，所述第一印制板的另一面和所述第三印制板的另一面上以微带线的形式印制有天线辐射器，所述馈电巴伦的底部与固定在所述反射板的底面上的所述射频同轴连接器的探针连接；

所述第二印制板的一面和所述第四印制板的一面以微带线的形式印制有天线辐射器；

所述第一印制板与所述第二印制板组合时，均是印制有天线辐射器的一面朝外；

所述第三印制板与所述第四印制板组合时，均是印制有天线辐射器的一面朝外；

所述正交中心与所述反射板的中心点的连线垂直于所述反射板，所述反射板的边缘与所述第一波束天线和所述第一波束天线的正交边缘对齐；

所述天线罩分别罩住所述第一印制板、所述第二印制板、所述第三印制板和所述第四印制板，并且被固定在所述反射板上。

进一步，所述第一印制板和所述第二印制板形成有尺寸、位置均相同的窄槽；所述第三印制板和所述第四印制板形成有尺寸和位置均相同的窄槽；所述第一波束天线与所述第二波束天线通过所述窄槽正交插紧。

更进一步，所述窄槽的长度满足：使所述第一波束天线和第二波束天线的辐射中心重合，且所述第一波束天线和第二波束天线的相位中心重合。

进一步，所述天线辐射器的控制参数满足：

F(x)＝0.15*exp(0.3120895416508x)+0.035，

其中，x的变化范围为(0,L₁)，L₁为天线阻抗变换段的长度，F(x)表征的是天线阻抗随L₁变化的情况。

进一步，所述天线辐射器的控制参数具体为：

所述天线辐射器的长度L，L＝83.2mm；

所述天线辐射器的宽度W，W＝68mm；

所述天线辐射器的辐射口宽度w₁，用于控制天线的增益和波束宽度特性，w₁＝14mm；

所述天线辐射器旁瓣控制部分的宽度w₂，用于控制天线的波束宽度及旁瓣特性，w₂＝18mm；

所述天线阻抗变换段的长度L₁，用于控制天线的宽带特性，L₁＝20mm；

所述窄槽的宽度w₃，w₃＝2mm。

进一步，所述馈电巴伦的控制参数具体为：

第一级馈电巴伦的长度L₂与第二级馈电巴伦的长度L₃、第三级馈电巴伦的长度L₄的取值为所述第一波束天线和所述第二波束天线的天线工作频段的中心频率波长的1/8到1/4，也就是：λ/8～λ/4；

第一级馈电巴伦的宽度w₄与第二级馈电巴伦的宽度w₅、第三级馈电巴伦的宽度w₆的取值满足阻抗匹配要求。

更进一步，所述馈电巴伦的控制参数具体为：

L₂＝8.6mm，w₄＝2.2mm；L₃＝8.6mm，w₅＝1.5mm；L₄＝8.1mm，w₆＝1mm。

本实用新型的有益效果为：由于采用优化函数和结构控制优化因子函数的组合方式对天线进行波束宽度设计及提高天线增益，可根据不同的技术要求，对相应的参数进行调整即可达到相应宽波束和高增益的要求。同时，本设计具有的超宽带、小型化特点，可方便地移植于相关的武器平台使用。

附图说明

图1a-图1c为根据本实用新型实施例的一种宽带的双极化正交天线的示意图，其中，图1a为正交的一侧剖视图，图1b为正交的另一侧剖视图，图1c为俯视图。

图2a-2b为图1实施例中第一印制板的结构示意图，其中，图2a为第一印制板的正面，图2b为第一印制板的背面。

图3a-3b为图1实施例中第二印制板的结构示意图，其中，图3a为第二印制板的正面，图3b为第二印制板的背面。

图4a-4b为图1实施例中第三印制板的结构示意图，其中，图4a为第三印制板的正面，图4b为第三印制板的背面。

图5a-5b为图1实施例中第四印制板的结构示意图，其中，图5a为第四印制板的正面，图5b为第四印制板的背面。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

根据本实用新型的实施例，提供了一种宽带的双极化正交天线。

如图1a-图1c所示，根据本实用新型实施例的宽带的双极化正交天线，其特征在于，包括第一印制板a、第二印制板b、第三印制板c、第四印制板d、反射板3、天线罩4以及射频同轴连接器5；

所述第一印制板a与所述第二印制板b、所述第三印制板c、所述第四印制板d均具有正面和背面，所述第一印制板a与所述第二印制板b组合形成第一波束天线，所述第三印制板c与所述第四印制板d组合形成第二波束天线，所述第一波束天线与所述第一波束天线正交并具有同一个正交中心。

如图2a-2b以及图4a-4b所示，所述第一印制板a的一面和所述第三印制板c的一面以微带线的形式集成有馈电巴伦1，所述第一印制板a的另一面和所述第三印制板c的另一面上以微带线的形式印制有天线辐射器2。

如图2a-2b以及图4a-4b所示，所述馈电巴伦1的底部与固定在所述反射板3底面上的所述射频同轴连接器5的探针连接。

如图3a-3b以及图5a-5b所示，所述第二印制板b的一面和所述第四印制板d的一面以微带线的形式印制有所述天线辐射器2。本实施例中，所述天线辐射器2用于干扰天线电磁波辐射场模式形成，起到把场模式与自由空间的转换，其形状通过优化函数的参数变化控制，决定天线辐射方向图的形式和工作带宽。

所述第一印制板a与所述第二印制板b组合时，印制有所述天线辐射器2的一面朝外。

所述第三印制板c与所述第四印制板d组合时，印制有所述天线辐射器2的一面朝外。

如图1c所示，所述第一波束天线与和所述第二波束天线的正交中心与所述反射板3的中心点的连线垂直于所述反射板3，且所述反射板3的边缘与所述第一波束天线、所述第二波束天线的正交边缘对齐。这样，所述反射板3与所述天线辐射器2共同作用，提高天线的增益。

所述天线罩4分别罩住所述第一印制板a、所述第二印制板b、所述第三印制板c及所述第四印制板d并且固定在所述反射板3上。

如图2a-2b以及图4a-4b，图3a-3b以及图5a-5b所示，所述第一印制板a和所述第二印制板b形成有尺寸和位置均相同的窄槽，宽度为w₃；所述第三印制板c和所述第四印制板d形成有尺寸和位置均相同的窄槽，宽度为w₃；所述第一波束天线与所述第二波束天线之间通过窄槽正交插紧。

在进一步的实施例中，所述第一印制板a和所述第二印制板b、所述第三印制板c和所述第四印制板d上设置的窄槽，其长度满足：使所述第一波束天线和所述第二波束天线的辐射中心重合，且所述第一波束天线和所述第二波束天线的相位中心重合。

在进一步的实施例中，为保证宽带宽波束、小型化、高增益的特性，如图2a-2b以及图4a-4b，图3a-3b以及图5a-5b所示，所述天线辐射器2的关键特性参数为：w₁、w₂、L₁，其中，w₁为所述天线辐射器2的辐射口的宽度，用于控制天线的增益和波束宽度特性；w₂为所述天线辐射器2的旁瓣控制部分的宽度，用于控制天线的波束宽度及旁瓣特性；L₁为所述天线辐射器2的阻抗变换段的长度，用于控制天线的宽带特性，本实施例中采用的优化函数修正参数的方法，通过函数变化的方式修正L₁段的阻抗变换特性，进而达到宽带的特性。其优化函数的通用表达式为：

F(x)＝A×exp(Bx²+Cx+D)+E，

其中，A、B、C、D、E均为常数，A为天线辐射器的顶部尺寸w₁有关；B、C、D可根据电磁场仿真软件计算的优化结果来决定参数的具体量值，主要决定天线辐射器的结构形状；E为调节曲线的平滑度参数，取值为0.02-0.05。

在进一步的实施例中，基于仿真优化计算的结果，所述天线辐射器2的控制参数满足：

F(x)＝0.15*exp(0.3120895416508x)+0.035，

其中，x的变化范围为(0,L₁)，L₁为天线阻抗变换段的长度，F(x)表征的是天线阻抗随L₁变化的情况。

在进一步的实施例中，所述天线辐射器2的控制参数中：所述天线辐射器2的长度L，L＝83.2mm；所述天线辐射器2的宽度W，W＝68mm；所述天线辐射器2的辐射口宽度w₁，用于控制天线的增益和波束宽度特性，w₁＝14mm；所述天线辐射器2的旁瓣控制部分的宽度w₂，用于控制天线的波束宽度及旁瓣特性，w₂＝18mm；所述天线辐射器2的天线阻抗变换段的长度L₁，用于控制天线的宽带特性，L₁＝20mm；所述窄槽的宽度w₃，w₃＝2mm。

在进一步的实施例中，为了实现天线宽带、小型化的特性，通过给定设计初值，结合商业电磁仿真软件的方法，对所述馈电巴伦1进行了优化设计，以满足弹载天线对于尺寸和重量的限制要求。

所述馈电巴伦的控制参数满足：第一级馈电巴伦的长度L₂与第二级馈电巴伦的长度L₃、第三级馈电巴伦的长度L₄的取值为所述第一波束天线和所述第二波束天线的天线工作频段的中心频率波长的1/8到1/4，也就是：λ/8～λ/4；

第一级馈电巴伦的宽度w₄、第二级馈电巴伦的宽度w5、第三级馈电巴伦的宽度w₆的取值满足阻抗匹配要求，即所述馈线巴伦的负载阻抗等于馈线的特性阻抗。

在更进一步的实施例中，所述馈电巴伦1的控制参数为：

L₂＝8.6mm，w₄＝2.2mm；L₃＝8.6mm，w₅＝1.5mm；L₄＝8.1mm，w₆＝1mm。

在进一步的实施例中，所述馈电巴伦1还可增加若干级，以满足更宽的工作频带内的需求，具有很好的可移植性。

综上所述，借助于本实用新型的上述技术方案，通过设计一种宽带的双极化正交天线，可以有效的实现天线的辐射中心和相位中心工作，具有宽带、正交双极化、小型化、宽波束、高增益的特点，解决了现有技术中天线尺寸过大，重量超重，带宽较窄的缺点，可以满足电子干扰装置覆盖X波段的要求，有利于干扰装置的研制和设计，提高干扰装置在平台作战使用效能。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种宽带的双极化正交天线，包括第一印制板、第二印制板、第三印制板、第四印制板、反射板、天线罩和射频同轴连接器；

所述第一印制板和所述第二印制板组合形成第一波束天线，所述第三印制板和所述第四印制板组合形成第二波束天线，两波束天线正交并具有同一个正交中心；

所述第一印制板的一面和所述第三印制板的一面以微带线的形式集成有馈电巴伦，所述第一印制板的另一面和所述第三印制板的另一面上以微带线的形式印制有天线辐射器，所述馈电巴伦的底部与固定在所述反射板的底面上的所述射频同轴连接器的探针连接；

所述第二印制板的一面和所述第四印制板的一面以微带线的形式印制有天线辐射器；

所述第一印制板与所述第二印制板组合时，均是印制有天线辐射器的一面朝外；

所述第三印制板与所述第四印制板组合时，均是印制有天线辐射器的一面朝外；

所述正交中心与所述反射板的中心点的连线垂直于所述反射板，所述反射板的边缘与所述第一波束天线和所述第一波束天线的正交边缘对齐；

所述天线罩分别罩住所述第一印制板、所述第二印制板、所述第三印制板和所述第四印制板，并且被固定在所述反射板上。

2.根据权利要求1所述的一种宽带的双极化正交天线，其特征在于，所述第一印制板和所述第二印制板形成有尺寸、位置均相同的窄槽；所述第三印制板和所述第四印制板形成有尺寸和位置均相同的窄槽；所述第一波束天线与所述第二波束天线通过所述窄槽正交插紧。

3.根据权利要求2所述的一种宽带的双极化正交天线，其特征在于，所述窄槽的长度满足：使所述第一波束天线和第二波束天线的辐射中心重合，且所述第一波束天线和第二波束天线的相位中心重合。

4.根据权利要求3所述的一种宽带的双极化正交天线，其特征在于，所述天线辐射器的控制参数满足：

F(x)＝0.15*exp(0.3120895416508x)+0.035，

其中，x的变化范围为(0,L₁)，L₁为天线阻抗变换段的长度，F(x)表征的是天线阻抗随L₁变化的情况。

5.根据权利要求4所述的一种宽带的双极化正交天线，其特征在于，所述天线辐射器的控制参数具体为：

所述天线辐射器的长度L，L＝83.2mm；

所述天线辐射器的宽度W，W＝68mm；

所述天线辐射器的辐射口宽度w₁，用于控制天线的增益和波束宽度特性，w₁＝14mm；

所述天线辐射器旁瓣控制部分的宽度w₂，用于控制天线的波束宽度及旁瓣特性，w₂＝18mm；

所述天线阻抗变换段的长度L₁，用于控制天线的宽带特性，L₁＝20mm；

所述窄槽的宽度w₃，w₃＝2mm。

6.根据权利要求1所述的一种宽带的双极化正交天线，其特征在于，所述馈电巴伦的控制参数具体为：

第一级馈电巴伦的长度L₂与第二级馈电巴伦的长度L₃、第三级馈电巴伦的长度L₄的取值为所述第一波束天线和所述第二波束天线的天线工作频段的中心频率波长的1/8到1/4，也就是：λ/8～λ/4；

第一级馈电巴伦的宽度w₄与第二级馈电巴伦的宽度w₅、第三级馈电巴伦的宽度w₆的取值满足阻抗匹配要求。

7.根据权利要求6所述的一种宽带的双极化正交天线，其特征在于，所述馈电巴伦的控制参数具体为：

L₂＝8.6mm，w₄＝2.2mm；L₃＝8.6mm，w₅＝1.5mm；L₄＝8.1mm，w₆＝1mm。