CN209822872U - 基于两路差分功分器馈电的共形双极化天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于两路差分功分器馈电的共形双极化天线，其包括天线底座以及设置于所述天线底座上的辐射体支撑筒，在所述辐射体支撑筒的外壁上印刷有四个辐射体，辐射体在辐射体支撑筒上呈倒F型，辐射体支撑筒上两个相对应的辐射体形成辐射对，辐射对内的两个辐射体呈中心对称；在所述天线底座内设置两个差分功分器，所述两个差分功分器与辐射体支撑筒上的两个辐射对呈一一对应连接配合，通过差分功分器能对所连接的辐射对进行差分馈电，以使得两个辐射对的线极化方向相互正交。本实用新型结构紧凑，在方向图和增益满足通信需求的情况下，能有效减小体积，降低成本和重量。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种天线，尤其是一种基于两路差分功分器馈电的共形双极化天线，属于双极化天线的技术领域。
背景技术
双极化天线具有抗多路径衰减和增加信道容量等特性，大量应用在无线通信系统中。在某些特定应用条件下，通常对天线尺寸和质量等有严格的限制，并且需要考虑天线的载体形状，因此，共形天线应运而生，尤其是轻质量的共形天线。共形天线能够在不影响载体的空气动力学特性等工作性能前提下，共形于非平面的载体平面，从而广泛应用于无人机，导弹等平台，通信、雷达和电子对抗等领域，但现有的共形天线仍然难以满足实际的使用需求。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于两路差分功分器馈电的共形双极化天线，其结构紧凑，在方向图和增益满足通信需求的情况下，能有效减小体积，采用微带印刷工艺，能够显著降低成本和重量。
按照本实用新型提供的技术方案，所述基于两路差分功分器馈电的共形双极化天线，包括天线底座以及设置于所述天线底座上的辐射体支撑筒，在所述辐射体支撑筒的外壁上印刷有四个辐射体，辐射体在辐射体支撑筒上呈倒F型，辐射体支撑筒上两个相对应的辐射体形成辐射对，辐射对内的两个辐射体呈中心对称；
在所述天线底座内设置两个差分功分器，所述两个差分功分器与辐射体支撑筒上的两个辐射对呈一一对应连接配合，通过差分功分器能对所连接的辐射对进行差分馈电，以使得两个辐射对的线极化方向相互正交。
所述辐射体支撑筒呈中空的圆柱形，辐射体支撑筒采用聚酰亚胺制成，辐射体支撑筒的介电常数为2.2，辐射体支撑筒的厚度为0.2mm。
所述辐射体包括辐射第一单元体以及与所述辐射第一单元体的第一端连接的辐射第二单元体，辐射第一单元体上还与馈电连接体连接，所述馈电连接体位于辐射第二单元体与辐射第一单元体的第二端之间，馈电连接体与辐射第二单元体间相互平行；
辐射第二单元体的宽度、馈电连接体的宽度与辐射第一单元体的宽度相同，辐射第二单元体与馈电连接体位于辐射第一单体的同一侧，且馈电连接体的长度与辐射第二单元体的长度相同；辐射体印刷在辐射体支撑筒时，辐射第一单元体位于辐射体支撑筒的上部，辐射体通过馈电连接体与相应的差分功分器电连接。
所述天线底座包括中间介质体、位于所述中间介质体正上方的上介质体以及位于所述中间介质体正下方的下介质体；
天线底座内的差分功分器包括印刷于中间介质体上表面的上微带线体以及印刷于中间介质体下表面的下微带线体，上介质体压盖在中间介质体上，下介质体与中间介质体的下表面连接固定。
在所述上介质体上设置上金属保护层，在下介质体上设置下金属保护层，在上金属保护层上设置上馈电连接孔，所述上馈电连接孔贯通上金属保护层。
所述上介质体、中间介质体以及下介质体均采用FR-4材料。
所述上微带线体包括内圈线，所述内圈线呈圆形且内圈线上具有缺口，在中间介质体上设置呈圆形的外圈线，所述外圈线与内圈线呈同心分布，外圈线位于内圈线的外圈，内圈线通过圈线连接体与外圈线上的圈线连接点一一对应连接；
所述圈线连接体包括与外圈线呈同心分布的连接线，所述连接线的一端通过内圈连接线与内圈线连接，连接线的另一端通过外圈连接线与外圈线上相应的圈线连接点电连接。
本实用新型的优点：在所述辐射体支撑筒的外壁上印刷有四个辐射体，辐射体在辐射体支撑筒上呈倒F型，辐射体支撑筒上两个相对应的辐射体形成辐射对，辐射对内的两个辐射体呈中心对称；通过差分功分器能对所连接的辐射对进行差分馈电，以使得两个辐射对的线极化方向相互正交，在方向图和增益满足通信需求的情况下，能有效减小体积，降低成本和重量。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型辐射体的结构示意图。
图3为本实用新型天线底座的分解图。
图4为本实用新型上微带线体、下微带线体在中间介质体上的分布示意图。
图5为图4中A的局部放大图。
图6为本实用新型上微带线体的结构示意图。
附图标记说明：1-天线底座、2-功分网络、3-辐射体、4-辐射体支撑筒、5-辐射第一单元体、6-馈电连接体、7-辐射第二单元体、8-上金属保护层、9-上介质体、10-上微带线体、11-中间介质体、12-下微带线体、13-下介质体、14-下金属保护层、15-上馈电连接孔、16-下介质体连接体、17-内圈线、18-外圈线、19-圈线连接点、20-外圈连接线、21-内圈连接线、22-外圈连接线以及23-缺口。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1所示：为了能在方向图和增益满足通信需求的情况下，能有效减小体积，降低成本和重量，本实用新型包括天线底座1以及设置于所述天线底座1上的辐射体支撑筒4，在所述辐射体支撑筒4的外壁上印刷有四个辐射体3，辐射体3在辐射体支撑筒4上呈倒F型，辐射体支撑筒4上两个相对应的辐射体3形成辐射对，辐射对内的两个辐射体3呈中心对称；
在所述天线底座1内设置两个差分功分器，所述两个差分功分器与辐射体支撑筒4上的两个辐射对呈一一对应连接配合，通过差分功分器能对所连接的辐射对进行差分馈电，以使得两个辐射对的线极化方向相互正交。
具体地，天线底座1呈圆形，所述辐射体支撑筒4呈中空的圆柱形，辐射体支撑筒4采用聚酰亚胺制成，辐射体支撑筒4的介电常数为2.2，辐射体支撑筒4的厚度为0.2mm。辐射支撑筒4与天线底座1呈同轴分布，辐射支撑筒4的高度方向垂直于天线底座1的表面。四个辐射体3均匀对称分布于辐射支撑筒4的外壁上，辐射体3间互不接触，其中，辐射体支撑筒4相对应的两个辐射体3形成一个辐射对，而辐射对内的两个辐射体3呈中心对称，即关于辐射体支撑筒4的中心对称，在辐射体支撑筒4上形成两个辐射对。
为了能与两个辐射对配合，在天下底座1内设置两个差分功分器，两个差分功分器形成功分网络2，每个差分功分器与一个辐射对连接配合，通过差分功分器能对所连接的辐射对进行差分馈电，以使得两个辐射对的线极化方向相互正交，从而得到共形双极化天线。
如图2所示，所述辐射体3包括辐射第一单元体5以及与所述辐射第一单元体5的第一端连接的辐射第二单元体7，辐射第一单元体5上还与馈电连接体6连接，所述馈电连接体6位于辐射第二单元体7与辐射第一单元体5的第二端之间，馈电连接体6与辐射第二单元体7间相互平行；
辐射第二单元体7的宽度、馈电连接体6的宽度与辐射第一单元体5的宽度相同，辐射第二单元体7与馈电连接体6位于辐射第一单体5的同一侧，且馈电连接体6的长度与辐射第二单元体7的长度相同；辐射体3印刷在辐射体支撑筒4时，辐射第一单元体5位于辐射体支撑筒4的上部，辐射体3通过馈电连接体6与相应的差分功分器电连接。
本实用新型实施例中，辐射第二单元体7与辐射第一单元体5的第一端连接，馈电连接体6的长度方向、辐射第二单元体7的长度方向与辐射第一单元体5的长度方向垂直，辐射第二单元体7位于辐射第一单元体5的第一端端部，馈电连接体6与辐射第二单元体7相互平行，即馈电连接体6、辐射第二单元体7与辐射第一单元体5配合能呈F型，辐射体3印刷在辐射体支撑筒4上时，馈电连接体6、辐射第二单元体7在辐射体支撑筒4上沿所述辐射体支撑筒4的长度方向分布，即在辐射体支撑筒4上得到四个呈倒F型的辐射体3。
具体实施时，辐射第一单元体5的长度为Lf2与Lf3之和，Lf2为辐射第二单元体7与馈电连接体6之间的距离。辐射第二单元体7、馈电连接体6的长度为Lf1，辐射第一单元体5、馈电连接体6以及辐射第二单元体7的宽度为Wf，其中，Wf可以为6mm，Lf1可以为54mm，Lf2可以为6.2mm，Lf3可以为88mm。
如图3所示，所述天线底座1包括中间介质体11、位于所述中间介质体11正上方的上介质体9以及位于所述中间介质体11正下方的下介质体13；
天线底座1内的差分功分器包括印刷于中间介质体11上表面的上微带线体10以及印刷于中间介质体11下表面的下微带线体12，上介质体9压盖在中间介质体11上，下介质体13与中间介质体11的下表面连接固定。
本实用新型实施例中，在所述上介质体9上设置上金属保护层8，在下介质体13上设置下金属保护层14，在上金属保护层8上设置上馈电连接孔15，所述上馈电连接孔15贯通上金属保护层8。天线装配时，辐射体3的馈电点通过对应的上馈电连接孔15与上微带线体10、下微带线体12匹配连接。
所述上介质体9、中间介质体11以及下介质体13均采用FR-4材料，上介质体9、中间介质体11以及下介质体13的介电常数为4.4，厚度均为1mm。
本实用新型实施例中，差分功分器的主要功能是将端口馈入的能量分成幅度相等、相位相反的两份，分别传输给相对位置放置的辐射对。此外，差分功分器还起到阻抗匹配的功能。
为了避免功分网络2与辐射对之间互相耦合干扰，差分功分器采用带线设计。由于有两个极化，因此，需要两个独立的差分功分器，如图3所示。为了避免重叠，上微带线体10、下微带线体12分别印制在中间介质体11的两个表面，利用上金属保护层8以及下金属保护层14能对功分网络2起到保护作用，可以屏蔽外界可能产生的干扰，保证功分网络2工作的稳定性。同时，也避免了功分网络2工作时，表面电流对辐射方向图可能产生的干扰，保证了辐射方向图的对称性和稳定性。下金属保护层14上设置下介质体连接体16，通过下介质体连接体16能与下介质体13稳定连接。
如图4、图5和图6所示，所述上微带线体10包括内圈线17，所述内圈线17呈圆形且内圈线17上具有缺口23，在中间介质体11上设置呈圆形的外圈线18，所述外圈线18与内圈线17呈同心分布，外圈线18位于内圈线17的外圈，内圈线17通过圈线连接体与外圈线18上的圈线连接点19一一对应连接；
所述圈线连接体包括与外圈线18呈同心分布的连接线20，所述连接线20的一端通过内圈连接线21与内圈线17连接，连接线20的另一端通过外圈连接线22与外圈线18上相应的圈线连接点19电连接。
本实用新型实施例中，外圈线18呈圆形，在外圈线18上设置四个均匀对称分布的圈线连接点19，内圈线17呈圆弧状，内圈线17位于外圈线18的内圈，内圈线17上的圈线连接体位于缺口23的两侧。圈线连接体位于外圈线18与内圈线17之间，圈线连接体与圈线连接点19呈一一对应。
连接线20呈弧形，连接线20与内圈线17、外圈线18相应的部位平行，外圈连接线22、内圈连接线21分别位于连接线20的两端。
具体实施时，下微带线体12与上微带线体10采用相同的结构形式，中间介质体11呈圆形，中间介质体11与外圈线18呈同心分布。中间介质体11的内径为R1，外圈线18的内径为R2，内圈线17的内径为R3，外圈连接线23的宽度为W4，内圈连接线21的宽度为W3，内圈线17上与连接线20正对应部分的宽度为W2，内圈线17其余部分的宽度为W1。具体实施时，R1可以为75mm，R2可以为70mm，R3可以为62mm，W1为0.3mm，W2为0.5mm，W3为2.5mm，W4为1.4mm。
图4中为上微带线体10与下微带线体12同时在中间介质体11上的示意图，两对辐射对相应的馈电点通过上馈电连接孔15能分别与相应的圈线连接点19连接，实现辐射对与相应的上微带线体10、下微带线体12之间的连接配合，具体连接配合过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
本实用新型实施例中，天线主体尺寸为0.25λ*0.25λ*0.11λ（λ表示中心频率在自由空间中的波长），所述天线主体尺寸具体是指印刷有辐射体3的辐射体支撑筒4的尺寸，即能有效减小体积，采用微带印刷工艺，能够显著降低成本和重量。
本实用新型实施例中，由于四个辐射体3在辐射体支撑筒4上为顺序旋转放置，保证了方向图的对称性。相对位置放置的一对辐射体3采用一套差分功分器进行馈电，通过差分功分器产生一对幅度相等，相位相差180°的信号。由于顺序旋转放置，相对位置辐射对内的两个辐射体3呈中心对称关系，即辐射对内两个辐射体3自身的辐射相位相差180°。由差分功分器产生的相位差180°与辐射对内两个辐射体3相对位置引起的辐射相位差180°叠加，使得端口馈电时，相对位置的两个辐射体3相位相同。最终，相对位置的辐射体3辐射方向图叠加呈现一种线极化。对应地，另外辐射对内的两辐射体3的辐射方向图叠加呈现另一种线极化，且两种线极化相互正交。
Claims (7)
1.一种基于两路差分功分器馈电的共形双极化天线，其特征是：包括天线底座（1）以及设置于所述天线底座（1）上的辐射体支撑筒（4），在所述辐射体支撑筒（4）的外壁上印刷有四个辐射体（3），辐射体（3）在辐射体支撑筒（4）上呈倒F型，辐射体支撑筒（4）上两个相对应的辐射体（3）形成辐射对，辐射对内的两个辐射体（3）呈中心对称；
在所述天线底座（1）内设置两个差分功分器，所述两个差分功分器与辐射体支撑筒（4）上的两个辐射对呈一一对应连接配合，通过差分功分器能对所连接的辐射对进行差分馈电，以使得两个辐射对的线极化方向相互正交。
2.根据权利要求1所述的基于两路差分功分器馈电的共形双极化天线，其特征是：所述辐射体支撑筒（4）呈中空的圆柱形，辐射体支撑筒（4）采用聚酰亚胺制成，辐射体支撑筒（4）的介电常数为2.2，辐射体支撑筒（4）的厚度为0.2mm。
3.根据权利要求1所述的基于两路差分功分器馈电的共形双极化天线，其特征是：所述辐射体（3）包括辐射第一单元体（5）以及与所述辐射第一单元体（5）的第一端连接的辐射第二单元体（7），辐射第一单元体（5）上还与馈电连接体（6）连接，所述馈电连接体（6）位于辐射第二单元体（7）与辐射第一单元体（5）的第二端之间，馈电连接体（6）与辐射第二单元体（7）间相互平行；
辐射第二单元体（7）的宽度、馈电连接体（6）的宽度与辐射第一单元体（5）的宽度相同，辐射第二单元体（7）与馈电连接体（6）位于辐射第一单元体（5）的同一侧，且馈电连接体（6）的长度与辐射第二单元体（7）的长度相同；辐射体（3）印刷在辐射体支撑筒（4）时，辐射第一单元体（5）位于辐射体支撑筒（4）的上部，辐射体（3）通过馈电连接体（6）与相应的差分功分器电连接。
4.根据权利要求1所述的基于两路差分功分器馈电的共形双极化天线，其特征是：所述天线底座（1）包括中间介质体（11）、位于所述中间介质体（11）正上方的上介质体（9）以及位于所述中间介质体（11）正下方的下介质体（13）；
天线底座（1）内的差分功分器包括印刷于中间介质体（11）上表面的上微带线体（10）以及印刷于中间介质体（11）下表面的下微带线体（12），上介质体（9）压盖在中间介质体（11）上，下介质体（13）与中间介质体（11）的下表面连接固定。
5.根据权利要求4所述的基于两路差分功分器馈电的共形双极化天线，其特征是：在所述上介质体（9）上设置上金属保护层（8），在下介质体（13）上设置下金属保护层（14），在上金属保护层（8）上设置上馈电连接孔（15），所述上馈电连接孔（15）贯通上金属保护层（8）。
6.根据权利要求4或5所述的基于两路差分功分器馈电的共形双极化天线，其特征是：所述上介质体（9）、中间介质体（11）以及下介质体（13）均采用FR-4材料。
7.根据权利要求4所述的基于两路差分功分器馈电的共形双极化天线，其特征是：所述上微带线体（10）包括内圈线（17），所述内圈线（17）呈圆形且内圈线（17）上具有缺口（23），在中间介质体（11）上设置呈圆形的外圈线（18），所述外圈线（18）与内圈线（17）呈同心分布，外圈线（18）位于内圈线（17）的外圈，内圈线（17）通过圈线连接体与外圈线（18）上的圈线连接点（19）一一对应连接；
所述圈线连接体包括与外圈线（18）呈同心分布的连接线（20），所述连接线（20）的一端通过内圈连接线（21）与内圈线（17）连接，连接线（20）的另一端通过外圈连接线（22）与外圈线（18）上相应的圈线连接点（19）电连接。
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