CN210074153U - 一种低剖面双频双圆极化微带天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种低剖面双频双圆极化微带天线，包括：介质基板，所述介质基板上表面印制外辐射贴片和内辐射贴片，下表面与馈电网络贴合固定。所述内辐射贴片在介质基板中部，内辐射贴片边缘均匀延伸出四个矩形枝节A，外辐射贴片的内环与内辐射贴片的边缘形状相同，外辐射贴片外环均匀延伸出四个矩形枝节B。内辐射贴片的中心均匀开设四个通孔，通孔插入内馈电探针。外辐射贴片内环靠近边缘处，均匀开设四组接地金属化通孔，每组有两个两个接地金属化通孔之间还设有外馈电探针。本实用新型的优点是采用单层设计，节省成本，结构重量更轻，体积也更加小，具有高相位中心一致性，具有双频高精度天线特性，更加有利于与载体共形的设计。

Description

一种低剖面双频双圆极化微带天线

技术领域

本实用新型涉及天线技术领域，特别涉及一种低剖面双频双圆极化微带天线。

背景技术

自19世纪80年代中微带天线理论已趋于成熟，同时各种形式的微带天线不断涌现。现如今，微带天线已应用于大约100MHz-100GHz的宽广频域上的大量无线电设备中，特别是在飞行器上和地面便携设备中需要圆极化/双极化、双频段的微带天线。微带天线其基片厚度与波长相比一般很小，因而能够实现一维小型化。与普通微波天线相比，微带天线剖面薄，体积小，重量轻，易共形，散射截面小，便于获得圆极化，其主要缺点是频带窄。此外微带天线可采用印刷电路工艺制造，具有低成本优势且易于大批量生产。最常见的微带天线结构是一块一面是金属接地板、另一面是金属辐射贴片的薄介质板辅以同轴电缆以侧馈底馈等方式馈电构成，该金属辐射贴片最常见的为矩形贴片，也有圆形、三角形、长条型等多种形状。在实际的应用中，天线经常需要双频工作。有时要求微带天线在频率间隔较大的两个频段圆极化工作。特别是在现代的移动全球定位系统中，为了进一步降低干扰，卫星通信上下行频率一般不同，通常要求双频均为圆极化，两频段的圆极化旋向也可能不同。这就需要设计一种能够实现双频双圆极化的天线。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的缺陷，提供了一种低剖面双频双圆极化微带天线，能有效的解决上述现有技术存在的问题。

一种低剖面双频双圆极化微带天线，包括：介质基板1、馈电网络2、外辐射贴片3、内辐射贴片4、外馈电探针5、内馈电探针6和接地金属化通孔7。

所述介质基板1为圆形，其上表面印制外辐射贴片3和内辐射贴片4，下表面与馈电网络2贴合固定。

所述内辐射贴片4为圆形，其位置在介质基板1中部，与介质基板1同心，内辐射贴片4边缘均匀延伸出四个矩形枝节A，内辐射贴片4作为高频辐射贴片，

外辐射贴片3为圆环形，外辐射贴片3的内环与内辐射贴片4的边缘形状相同，外辐射贴片3的内环与内辐射贴片4的边缘间距为1mm，外辐射贴片3外环均匀延伸出四个矩形枝节B。

内辐射贴片4的中心均匀开设四个通孔，通孔贯穿介质基板1的下表面，通孔插入内馈电探针6，内馈电探针6上端与内辐射贴片4连接，下端与馈电网络2连接。

外辐射贴片3内环靠近边缘处，均匀开设4组穿过介质板1的接地金属化通孔7，每组有两个接地金属化通孔7，并且两个接地金属化通孔7之间还设有穿过介质板1的通孔，通孔插入外馈电探针5，外馈电探针5上端与外辐射贴片 3连接，下端与馈电网络2连接。

进一步地，所述介质基板1由陶瓷聚四氟乙烯复合材料制成，相对介电常数为3.5，直径为80mm，厚度为4mm。

进一步地，内辐射贴片4为直径为33.6mm，其四周的矩形枝节A有长2.3mm，宽4mm。

进一步地，外辐射贴片3的内圆直径为34.6mm，外直径为72mm，矩形枝节 B有长2.3mm宽10mm。

进一步地，馈电网络2由内馈电网络和外馈电网络两组构成，内馈电网络为内馈电探针6馈电，相邻的内馈电探针6形成90°相位差，外馈电网络为外馈电探针5馈电，相邻的外馈电探针5形成90°相位差。

进一步地，每根内馈电探针6距内辐射贴片4的圆心4mm，每根外馈电探针 5距内辐射贴片4的圆心19mm。

与现有技术相比本实用新型的优点在于：

(1)与现有的双频双圆极化叠层天线相比，本实用新型采用单层设计，在介质材料上可以节省成本，结构重量更轻，体积也更加小。

(2)在采用四馈点设计时，由于双频点天线拥有同一个几何中心，则低剖面双频双圆极化微带天线两个频点的相位中心一致性相较叠层方式更高，因而天线具有高相位中心一致性，具有双频高精度天线特性。

(3)天线在具有传统叠层天线相同的增益，轴比，波束宽度指标的同时，由于单层结构更加有利于与载体共形的设计，如在相同设计思路下变形设计为双菱形双频双圆极化微带天线与飞行器载体共形实现低RCS性能。

附图说明

图1为本实用新型实施例天线的立体图；

图2为本实用新型实施例天线的俯视图；

图3为本实用新型实施例天线的侧视图；

图4为本实用新型实施例天线中心频点为1575MHZ的反射系数曲线图；

图5为本实用新型实例天线在谐振频点1575MHZ的E面方向图；

图6为本实用新型实例天线在谐振频点1575MHZ的H面方向图；

图7为本实用新型实例天线在谐振频点1575MHZ的3D辐射方向图；

图8为本实用新型实例天线1575MHZ频点的相位中心仿真结果图；

图9为本实用新型实例天线天线反射系数曲线图；

图10为本实用新型实例天线在谐振频点2440MHZ的E面方向图；

图11为本实用新型实例天线在谐振频点2440MHZ的H面方向图；

图12为本实用新型实例天线在谐振频点2440MHZ的3D辐射方向图；

图13为本实用新型实例天线2440MHZ频点的相位中心仿真结果图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型做进一步详细说明。

如图1至3所示，一种低剖面双频双圆极化微带天线，包括：介质基板1、馈电网络2、外辐射贴片3、内辐射贴片4、外馈电探针5、内馈电探针6和接地金属化通孔7。

所述介质基板1为圆形，其上表面印制外辐射贴片3和内辐射贴片4，下表面与馈电网络2贴合固定。

所述内辐射贴片4为圆形，其位置在介质基板1中部，与介质基板1同心，内辐射贴片4边缘均匀延伸出四个矩形枝节，内辐射贴片4作为高频辐射贴片，

外辐射贴片3为圆环形，外辐射贴片3的内环与内辐射贴片4的边缘形状相同，外辐射贴片3的内环与内辐射贴片4的边缘间距为1mm，外辐射贴片3外环均匀延伸出四个矩形枝节。

内辐射贴片4的中心均匀开设四个通孔，通孔贯穿介质基板1的下表面，通孔插入内馈电探针6，内馈电探针6上端与内辐射贴片4连接，下端与馈电网络2连接。

外辐射贴片3内环靠近边缘处，均匀开设4组穿过介质板1的接地金属化通孔7，每组有两个接地金属化通孔7，并且两个接地金属化通孔7之间还设有穿过介质板1的通孔，通孔插入外馈电探针5，外馈电探针5上端与外辐射贴片3连接，下端与馈电网络2连接。

所述介质基板1由陶瓷聚四氟乙烯复合材料制成，相对介电常数为3.5，外形为圆形直径为80mm，厚度为4mm。

内辐射贴片4为直径为33.6mm，其四周的矩形枝节有长2.3mm，宽4mm。

外辐射贴片3为圆环形内圆直径为34.6mm，外直径为72mm，其四周有长 2.3mm宽10mm矩形枝节，内外辐射贴片间距为1mm。

馈电网络2由带状线网络与6个一分二功分器芯片构成，每3个功分器与带状线一组分别为内外馈电探针馈电，使4根相邻馈电探针形成90°相位差，本例双频段均设计为右旋，即馈电探针顺时针旋转依次相位为 0°,90°,180°,270°。

内辐射贴片4和外辐射贴片3分别由各自的4根馈电探针穿过介质基板1 馈电，内馈电探针6互相旋转对称距圆心4mm，外馈电探针5互相旋转对称距圆心19mm。

本例使用高频仿真软件HFSS13对天线进行仿真，通过对天线进行建模与尺寸的微调进行优化仿真，使天线具有良好的阻抗匹配，进而得到预期的性能效果。

该天线采用共面双频段的设计，使其相比于传统叠层微带天线，更易共形，体积更小，重量更轻，同样在采用不同尺寸外形的反射面是，可以对天线指标进行针对性的优化来满足高增益或者低背瓣的需求等；或者将低剖面天线设计为其它外形，满足不同天线对外形的需求。

本实用新型天线中心辐射贴片高频点谐振频点设计为2440MHZ，外辐射贴片低频点谐振频点设计为1575MHZ。

图4为本实用新型实施例天线中心频点为1575MHZ的反射系数曲线图，可见该天线有较好的阻抗带宽；

图5和图6分别是本实用新型实例天线在谐振频点1575MHZ的E面/H面方向图。可以看见，该天线1575MHZ法向增益4.6dB，在PHI0，PHI90，PHI120度时半功率波瓣宽度均大于80度。

图7是天线在谐振频点1575MHZ的3D辐射方向图，可以看到该天线具有极佳的增益不圆度，有利于卫星导航天线的高精度定位。

图8为天线在CST2019软件中的仿真结果，其给出了天线在谐振频点1575MHZ 的相位中心，为天线上表面(0,0，-1.87mm)相位中心误差0.17mm。

图10和图11分别是本实用新型实例天线在谐振频点2440MHZ的E面/H面方向图。可以看见，该天线2440MHZ法向增益7.0dB，在PHI0，PHI90，PHI120度时半功率波瓣宽度均大于85度。

图12是天线在谐振频点2440MHZ的3D辐射方向图，可以看到该天线具有极佳的增益不圆度，有利于卫星导航天线的高精度定位。

图13为天线在CST2019软件中的仿真结果，其给出了天线在谐振频点2440MHZ 的相位中心，为天线上表面(0,-0.06，2.37mm)相位中心误差0.54mm。

通过改变馈电馈电网络的相位分布，可以实现该双频天线的任意圆极化旋向，不局限于双右旋圆极化。

通过本实用新型的以上一种实施方案，可以看到本实用新型提出一种低剖面双频双圆极化微带天线具有剖面低，电性能指标优异，相位中心稳定度好，双频相位中心位置偏移小等特点，在多种需要高精度，易共形，双频圆极化工作天线的领域得以应用，如卫星导航领域。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的实施方法，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种低剖面双频双圆极化微带天线，其特征在于，包括：介质基板(1)、馈电网络(2)、外辐射贴片(3)、内辐射贴片(4)、外馈电探针(5)、内馈电探针(6)和接地金属化通孔(7)；

所述介质基板(1)为圆形，其上表面印制外辐射贴片(3)和内辐射贴片(4)，下表面与馈电网络(2)贴合固定；

所述内辐射贴片(4)为圆形，其位置在介质基板(1)中部，与介质基板(1)同心，内辐射贴片(4)边缘均匀延伸出四个矩形枝节A，内辐射贴片(4)作为高频辐射贴片，

外辐射贴片(3)为圆环形，外辐射贴片(3)的内环与内辐射贴片(4)的边缘形状相同，外辐射贴片(3)的内环与内辐射贴片(4)的边缘间距为1mm，外辐射贴片(3)外环均匀延伸出四个矩形枝节B；

内辐射贴片(4)的中心均匀开设四个通孔，通孔贯穿介质基板(1)的下表面，通孔插入内馈电探针(6)，内馈电探针(6)上端与内辐射贴片(4)连接，下端与馈电网络(2)连接；

外辐射贴片(3)内环靠近边缘处，均匀开设4组穿过介质基板(1)的接地金属化通孔(7)，每组有两个接地金属化通孔(7)，并且两个接地金属化通孔(7)之间还设有穿过介质基板(1)的通孔，通孔插入外馈电探针(5)，外馈电探针(5)上端与外辐射贴片(3)连接，下端与馈电网络(2)连接。

2.根据权利要求1所述的一种低剖面双频双圆极化微带天线，其特征在于：所述介质基板(1)由陶瓷聚四氟乙烯复合材料制成，相对介电常数为3.5，直径为80mm，厚度为4mm。

3.根据权利要求1所述的一种低剖面双频双圆极化微带天线，其特征在于：内辐射贴片(4)为直径为33.6mm，其四周的矩形枝节A有长2.3mm，宽4mm。

4.根据权利要求1所述的一种低剖面双频双圆极化微带天线，其特征在于：外辐射贴片(3)的内圆直径为34.6mm，外直径为72mm，矩形枝节B有长2.3mm宽10mm。

5.根据权利要求1所述的一种低剖面双频双圆极化微带天线，其特征在于：馈电网络(2)由内馈电网络和外馈电网络两组构成，内馈电网络为内馈电探针(6)馈电，相邻的内馈电探针(6)形成90°相位差，外馈电网络为外馈电探针(5)馈电，相邻的外馈电探针(5)形成90°相位差。

6.根据权利要求1所述的一种低剖面双频双圆极化微带天线，其特征在于：每根内馈电探针(6)距内辐射贴片(4)的圆心4mm，每根外馈电探针(5)距内辐射贴片(4)的圆心19mm。

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