CN2857244Y - 一种用于移动卫星通信设备的组合微带贴片天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公告了一种用于移动卫星通信设备的组合微带贴片天线，其天线辐射单元包括辐射金属片，其上设有两组呈正交分布的刻槽，每组刻槽由位于同一直线段且开口处分别位于辐射金属片的相对边缘的两个刻槽组成，还设有两组呈正交分布的对称附加尾状物，每组对称附加尾状物由分别位于一组对应刻槽开口处的两个L形对称附加尾状物组成，每个L形对称附加尾状物的短边与刻槽开口处的辐射金属片的边缘相连接，长边与辐射金属片的边缘形状相同。配用介电质基板的相对介电常数为3.33～3.43。具有天线尺寸紧凑，纵截面低，重量轻，造价低，制作容易，尤其是具有阻抗带宽好、辐射波束非常宽、阻抗带宽合理的优点，可以广泛用于移动车载和移动手持的卫星通信设备。
Description
技术领域
本实用新型涉及工作于不同波段且连接到公共馈线系统即单馈点的独立有源天线单元的组合，尤其是涉及一种用于移动卫星通信设备的组合微带贴片天线。
背景技术
在双向移动卫星通信中，卫星上的发射系统用圆极化波广播信号，以便移动的交通工具和用户配用的移动卫星通信设备在与卫星无关的任何方向上可以接收，其天线无须对准交通工具和用户，同样，当移动的交通工具和用户配用的移动卫星通信设备从地球发射信号到卫星系统时，所发射的圆极化波也无须调整天线对准卫星。为了满足这种需求，用于移动卫星通信设备的天线必需设计成低角度或宽波束辐射，且发射端口和接收端口之间的隔离度高，足以减少端口耦合产生的信号干扰的影响。现有的螺旋天线常用于移动卫星通信，用于产生圆极化波传播，通常从接地金属板的表面突出1/4λ0～1/2λ0(其中λ0为天线工作波长)，使得天线辐射单元高达数厘米，除样式不吸引人外，还增加了空气动力学上的拖曳。低纵截面的微带天线可以弥补上述不足，但是传统的单馈点微带圆极化天线尚存在以下缺点：(1)没有足够的波束宽度为移动卫星通信应用提供宽覆盖；(2)当拥有足够的波束宽度时，阻抗带宽却不足，微带天线的辐射波束宽度可以通过采用高介质常数材料把天线的尺寸缩小从而产生宽的辐射波束，但这种方法却使阻抗带宽减少。K.P.Yang and K.L.Wong，在《Dual-band circularly-polarized square microstrip antenna》(刊载于IEEE Trans.Antennas Propagat.，vol.49，no.3，pp.377-382，Mar.2001)提出在正方形辐射金属片的四个角外附加尾状物，以缩小天线尺寸，通常尺寸减少的百分比约20％～30％，但是不能有效地产生非常宽的宽波束辐射模式。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服上述现有技术中的缺陷，提出一种能实现更大的尺寸缩小幅度且产生非常宽的波束宽度的用于移动卫星通信设备的组合微带贴片天线。
本实用新型所要进一步解决的技术问题是克服上述现有技术中单馈点微带天线难以将宽波束宽度和合理阻抗带宽兼顾的缺陷，提出一种还能提供合理的阻抗带宽的用于移动卫星通信设备的组合微带贴片天线。
本实用新型的技术问题是这样加以解决的：
这种用于移动卫星通信设备的组合微带贴片天线，是微带贴片天线辐射单元的组合，所述天线辐射单元包括一介电质基板、一以金属微带形式制作并完全覆盖在所述介电质基板一侧面的接地金属板、一以金属微带形式制作在所述介电质基板另一侧面的辐射金属片。
这种用于移动卫星通信设备的组合微带贴片天线的特点是：
所述辐射金属片上设有两组呈正交分布的刻槽，每组刻槽由位于同一直线段且开口处分别位于辐射金属片的相对边缘的两个刻槽组成。
本实用新型的技术问题是这样择优加以解决的：
所述辐射金属片上还设有两组呈正交分布的对称附加尾状物，每组对称附加尾状物由分别位于所述一组对应刻槽开口处的两个L形对称附加尾状物组成，每个L形对称附加尾状物的短边与所述刻槽开口处的辐射金属片的边缘相连接，长边与辐射金属片的边缘形状相同。
本实用新型通过在辐射金属片上设置刻槽，电流必须绕过辐射金属片上的刻槽，这样可以增长电流路径，有效地缩小微带天线的尺寸，降低工作频率，获得很宽的辐射波束。而在刻槽的每个开口处设有一对附加对称尾状物，能更进一步使电流路径增长，使微带天线大幅度缩小。
本实用新型的技术问题是这样进一步加以解决的：
所述介电质基板的相对介电常数为3.33～3.43，优选的相对介电常数为3.367。
本实用新型配用介电质基板的相对介电常数为3.33～3.43，并非高值，只是通过调控刻槽和附加尾状物的长度，可以既缩小微带天线尺寸，又使天线能保持约2％的阻抗带宽，而一般使用高相对介电常数为10左右的介质基板的微带天线，缩小尺寸后的阻抗带宽都小于1％。
本实用新型的技术问题还有以下解决方案：
所述天线辐射单元的组合，是将至少两个天线辐射单元在不同高度的平面叠加组合，或者是在同一高度的平面拼接组合。
优选的是，将用相互独立的从移动用户向卫星发射圆极化信号的1.616GHz天线辐射单元在下面，接收来自空间卫星的圆极化信号的2.492GHz天线辐射单元在上面的不同高度的平面叠加组合。两个以上的多个天线辐射单元单元的组合，可以相应工作在多个频段。
所述辐射金属片是方形辐射金属片、长方形辐射金属片、圆形辐射金属片，或椭圆形辐射金属片。
所述L形对称附加尾状物的宽度为0.005λ0～0.009λ0，优选的宽度为0.007λ0，其中λ0为天线工作波长。
所述发射天线辐射单元的辐射金属片刻槽的长度为0.070λ～0.088λ，优选的长度为0.078λ，宽度为0.005λ～0.009λ，优选的宽度为0.007λ，其中λ为天线发射工作波长。
所述接收天线辐射单元的辐射金属片刻槽的长度为0.070λ′～0.088λ′，优选值的长度为0.083λ′，宽度为0.005λ′～0.009λ′，优选的宽度为0.008λ′，其中λ′为天线接收工作波长。
所述发射天线辐射单元的一对L形对称附加尾状物的短边长度为0.012λ～0.018λ，优选的长度为0.014λ，长边长度为0.045λ～0.075λ，优选的长度为0.060λ，其中λ为天线发射工作波长。
所述接收天线辐射单元的一对L形对称附加尾状物的短边长度为0.012λ′～0.018λ′，优选的长度为0.016λ′，长边长度为0.045λ′～0.075λ′，优选的长度为0.048λ′，其中λ′为天线接收工作波长。
所述发射天线辐射单元的另一对L形对称附加尾状物的短边长度为0.012λ～0.018λ，优选的长度为0.014λ，长边长度为0.045λ～0.075λ，优选的长度为0.055λ，其中λ为天线发射工作波长。
所述接收天线辐射单元的另一对L形对称附加尾状物的短边长度为0.012λ′～0.018λ′，优选的长度为0.016λ′，长边长度为0.045λ′～0.075λ′，优选的长度为0.057λ′，其中λ′为天线接收工作波长。
减少刻槽或附加尾状物的长度，都会使天线的工作频率提高，天线的尺寸变大。但是，单纯缩小天线的尺寸会使阻抗带宽变得很窄。
本实用新型配用介电质基板的相对介电常数为3.33～3.43，并通过在辐射金属片上设置刻槽和附加尾状物，获得很宽的辐射波束，兼顾使天线保持合理的阻抗带宽。具有天线尺寸紧凑，纵截面低，重量轻，造价低，制作容易，尤其是具有阻抗带宽好、辐射波束非常宽、阻抗带宽合理的优点，可以广泛用于移动车载和移动手持的卫星通信设备。
附图说明
下面对照附图并结合具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型一具体实施方式的正方形辐射金属片的主视图；
图2是包括图1正方形辐射金属片的微带天线辐射单元纵截面图；
图3是两个微带天线辐射单元在不同高度的平面叠加组合示意图；
图4是三个微带天线辐射单元在不同高度的平面叠加组合示意图；
图5是两个微带天线辐射单元在同一高度的平面拼接组合示意图；
图6是本实用新型一具体实施方式的长方形辐射金属片的主视图；
图7是本实用新型一具体实施方式的圆形辐射金属片的主视图；
图8是本实用新型一具体实施方式的椭圆形辐射金属片的主视图。
图3、图5中的两个微带天线辐射单元是发射天线辐射单元8和接收天线辐射单元9。图4中的三个微带天线辐射单元是发射天线辐射单元8、接收天线辐射单元9和另一接收天线辐射单元10。
具体实施方式
具体实施方式(一)一种用于移动卫星通信设备的组合微带贴片天线
该组合微带贴片天线，如图1、图2、图3所示，是微带贴片发射天线辐射单元在下面、接收天线辐射单元在上面的不同高度的平面叠加组合。所述天线辐射单元包括介电质基板7、以金属微带形式制作并完全覆盖在介电质基板7一侧面的接地金属板4、以金属微带形式制作在介电质基板7另一侧面的辐射金属片1。
辐射金属片1的大小小于介电质基板7，辐射金属片1的形状与接地金属板4相同，都是正方形，且在其一侧邻近中心处设有一极化波信号馈电针通孔5，与SMA连接器6配用。
所述辐射金属片1上设有两组呈正交分布的刻槽2，每组刻槽2由位于同一直线段且开口处分别位于辐射金属片1的相对边缘的两个刻槽组成。
所述辐射金属片1上还设有两组呈正交分布的对称附加尾状物3，每组对称附加尾状物3由分别位于所述一组对应刻槽2开口处的两个L形对称附加尾状物组成，每个L形对称附加尾状物的短边与所述刻槽2开口处的辐射金属片1的边缘相连接，长边与辐射金属片1的边缘形状相同。辐射金属片1的宽度L3＝0.007λ0，其中λ0为天线工作波长。
所述介电质基板7的相对介电常数为3.367，厚度为1.524mm。
所述发射天线辐射单元8的接地金属板4的边长L6＝60.0mm＝0.324λ；
所述发射天线辐射单元8的辐射金属片1的边长L0＝37.7mm＝0.203λ；
所述辐射金属片1上的刻槽2的长度D2＝14.60mm＝0.078λ，宽度D1＝1.30mm＝0.007λ；一对L形对称附加尾状物3的长边长度L2＝11.180mm＝0.060λ，短边长度L1＝2.65mm＝0.014λ；另一对L形对称附加尾状物3的长边长度L4＝10.18mm＝0.055λ，短边长度L1＝2.65mm＝0.014λ；，
以上λ＝185mm，为天线发射工作波长，对应工作频率为1.616GHz。
所述接收天线辐射单元9的接地金属板4的边长L6′＝45.0mm＝0.375λ′；
所述接收天线辐射单元9的辐射金属片1的边长L′＝23.7mm＝0.198λ′；
所述辐射金属片1上的刻槽2的长度D2′＝10.00mm＝0.083λ′，宽度D1′＝1.00mm＝0.008λ′；一对L形对称附加尾状物3的长边长度L2′＝5.86mm＝0.048λ′，短边长度L1′＝2.00mm＝0.016λ′；另一对L形对称附加尾状物3的长边长度L4′＝6.83mm＝0.057λ′，短边长度L1′＝2.00mm＝0.016λ′；
以上λ′＝120mm，为天线接收工作波长，对应工作频率为2.492GHz。
本具体实施方式的组合微带贴片天线尺寸缩小，6dB波束宽度为140°，阻抗带宽为2％。
具体实施方式(二)一种用于移动卫星通信设备的组合微带贴片天线
该组合微带贴片天线的辐射金属片1的形状与接地金属板4相同，都是长方形，如图6所示。
具体实施方式(三)一种用于移动卫星通信设备的组合微带贴片天线
该组合微带贴片天线的辐射金属片1的形状与接地金属板4相同，都是圆形，如图7所示。
具体实施方式(四)一种用于移动卫星通信设备的组合微带贴片天线
该组合微带贴片天线的辐射金属片1的形状与接地金属板4相同，都是椭圆形，如图8所示。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定的实用新型保护范围。
Claims (10)
1.一种用于移动卫星通信设备的组合微带贴片天线，是微带贴片天线辐射单元的组合，所述天线辐射单元包括一介电质基板、一以金属微带形式制作并完全覆盖在所述介电质基板一侧面的接地金属板、一以金属微带形式制作在所述介电质基板另一侧面的辐射金属片，其特征在于：
所述辐射金属片上设有两组呈正交分布的刻槽，每组刻槽由位于同一直线段且开口处分别位于辐射金属片的相对边缘的两个刻槽组成。
2.按照权利要求1所述的用于移动卫星通信设备的组合微带贴片天线，其特征在于：
所述辐射金属片上还设有两组呈正交分布的对称附加尾状物，每组对称附加尾状物由分别位于所述一组对应刻槽开口处的两个L形对称附加尾状物组成，每个L形对称附加尾状物的短边与所述刻槽开口处的辐射金属片的边缘相连接，长边与辐射金属片的边缘形状相同。
3.按照权利要求1或2所述的用于移动卫星通信设备的组合微带贴片天线，其特征在于：
所述介电质基板的相对介电常数为3.33～3.43。
4.按照权利要求3所述的用于移动卫星通信设备的组合微带贴片天线，其特征在于：
所述天线辐射单元的组合，是将至少两个天线辐射单元在不同高度的平面叠加组合，或者是在同一高度的平面拼接组合。
5.按照权利要求4所述的用于移动卫星通信设备的组合微带贴片天线，其特征在于：所述辐射金属片是方形辐射金属片、长方形辐射金属片、圆形辐射金属片，或椭圆形辐射金属片。
6.按照权利要求5所述的用于移动卫星通信设备的组合微带贴片天线，其特征在于：
所述辐射金属片刻槽的长度为0.070λ0～0.088λ0，其中λ0为天线工作波长。
7.按照权利要求6所述的用于移动卫星通信设备的组合微带贴片天线，其特征在于：
所述发射天线辐射单元的辐射金属片刻槽的长度为0.078λ，其中λ为天线发射工作波长；
所述接收天线辐射单元的辐射金属片刻槽的长度为0.083λ′，其中λ′为天线接收工作波长。
8.按照权利要求5所述的用于移动卫星通信设备的组合微带贴片天线，其特征在于：
所述L形对称附加尾状物的短边长度为0.012λ0～0.018λ0，长边长度为0.045λ0～0.075λ0，其中λ0为天线工作波长。
9.按照权利要求8所述的用于移动卫星通信设备的组合微带贴片天线，其特征在于：
所述发射天线辐射单元的一对L形对称附加尾状物的短边长度为0.014λ，长边长度为0.060λ，其中λ为天线发射工作波长；
所述接收天线辐射单元的一对L形对称附加尾状物的短边长度为0.016λ′，长边长度为0.048λ′，其中λ′为天线接收工作波长。
10.按照权利要求8所述的用于移动卫星通信设备的组合微带贴片天线，其特征在于：
所述发射天线辐射单元的另一对L形对称附加尾状物的短边长度为0.014λ，长边长度为0.055λ，其中λ为天线发射工作波长；
所述接收天线辐射单元的另一对L形对称附加尾状物的短边长度为0.016λ′，长边长度为0.057λ′，其中λ′为天线接收工作波长。
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