平面雙頻雙圓極化陣列天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種平面雙頻雙圓極化陣列天線。該裝置包括介質(zhì)基板，雙頻雙圓極化微帶天線單元，天線饋電網(wǎng)絡和饋電探針。陣列天線由2m×2n個相同單元組成，m、n均為自然數(shù)，各相鄰單元等距，在陣列中心位置接有饋電探針實現(xiàn)饋電。雙頻雙圓極化微帶天線單元由對應低頻的外層環(huán)形貼片與對應高頻的內(nèi)層矩形貼片組成，并通過微帶線連接；外層環(huán)形貼片和內(nèi)層矩形貼片都在對角處切角且切角方向相反；單元外層貼片的內(nèi)邊緣，內(nèi)層貼片和內(nèi)外層貼片的微帶連線均由中心位置沿中心線方向平移距離d以實現(xiàn)天線單元與微帶饋線阻抗匹配。本陣列天線剖面低，重量輕，增益高，能夠?qū)崿F(xiàn)雙頻雙圓極化收發(fā)共用，且結(jié)構(gòu)簡單緊湊，便于實現(xiàn)。
【專利說明】平面雙頻雙圓極化陣列天線

【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于天線【技術(shù)領域】，特別是一種平面雙頻雙圓極化陣列天線。

【背景技術(shù)】
[0002]當今世界各國都在奮力發(fā)展全球定位系統(tǒng)，例如美國GPS系統(tǒng)，歐盟Galileo系統(tǒng)，俄羅斯GL0NASS系統(tǒng)和我國的北斗系統(tǒng)。而隨著以全球定位系統(tǒng)為代表的衛(wèi)星通信，遙控和遙測等技術(shù)的發(fā)展，較原始的線極化天線如今面臨著云雨干擾，影響重疊，劇烈震動等問題，而圓極化天線基于其極化特性可有效避免這些外來因素的干擾，滿足了在通信，電子對抗，電視廣播等方面的更嚴格的探測和傳輸要。此外，由于大氣層的影響，衛(wèi)星通信上下行頻率將會有一定的差距，極化方式也可能會不一樣，這種情況下則需要雙頻雙極化天線才能完成收發(fā)工作。綜合以上分析，研宄具有雙頻雙圓極化特性的天線具有重要的意義。
[0003]從實現(xiàn)方式上看，衛(wèi)星通信天線通常有十字交叉陣子、四臂螺旋、微帶天線等形。而前兩類天線輪廓較高、重量較重，難以集成到移動終端設備中；微帶天線則具有輪廓低、重量輕、易共形，容易實現(xiàn)圓極化和雙頻等諸多優(yōu)勢，在衛(wèi)星通信領域得到了十分廣泛的應用。
[0004]將雙頻雙圓極化微帶天線制作成陣列，可以大大提高增益，但已有的各類雙圓極化天線并不適合構(gòu)建陣列。其中大部分采用多層結(jié)構(gòu)，如專利號200910024114.9小型雙頻雙圓極化寬波束多層微帶天線，這樣的多層結(jié)構(gòu)制作加工較為復雜，成本高。而現(xiàn)有的平面雙頻雙圓極化微帶貼片天線則基本都采用同軸饋電的形式，如專利號201010531415.3 一種單層雙頻微帶天線，此種方案也限制了高增益陣列的構(gòu)建。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、高增益的平面雙頻雙圓極化陣列天線。
[0006]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:本發(fā)明平面雙頻雙圓極化陣列天線，包括介質(zhì)基板、多個雙頻雙圓極化微帶天線單元、天線饋電網(wǎng)絡和饋電探針；所述介質(zhì)基板上設有呈陣列分布的2mX2n個相同的雙頻雙圓極化微帶天線單元，m、n均為自然數(shù)，相鄰的雙頻雙圓極化微帶天線單元之間距離相等，雙頻雙圓極化微帶天線單元之間通過微帶饋電網(wǎng)絡連接，所述雙頻雙圓極化微帶天線單元陣列的中心位置設有饋電探針進行饋電。
[0007]所述雙頻雙圓極化微帶天線單元由對應低頻的外層環(huán)形貼片與對應高頻的內(nèi)層矩形貼片組成；在外層環(huán)形貼片的對角位置有第一切角，在內(nèi)層矩形貼片的對角位置有第二切角，第一切角與第二切角方向相反；外層環(huán)形貼片與內(nèi)層矩形貼片采用一根微帶線相連，微帶線位于單元中心線方向上遠離單元饋電點的位置；所述外層環(huán)形貼片的內(nèi)邊緣、內(nèi)層矩形貼片和微帶線均由中心位置沿中心線方向平移距離山以實現(xiàn)雙頻雙圓極化微帶天線單元與微帶饋線阻抗匹配；所述中心線與饋電方向重合。
[0008]所述相鄰兩個雙頻雙圓極化微帶天線單元之間的距離小于I λ，λ為所述雙頻中相對較高頻點的波長。所述天線饋電網(wǎng)絡包括多個兩節(jié)傳輸線阻抗變換器以實現(xiàn)雙頻阻抗匹配
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點在于:(I)利用微帶饋電的平面雙頻雙圓極化天線單元構(gòu)建了低剖面，結(jié)構(gòu)簡單的高增益陣列；(2)天線單元采用共口徑結(jié)構(gòu)，使陣列天線結(jié)構(gòu)更加緊湊；(3)采用平面結(jié)構(gòu)的微帶陣列天線，尺寸小，重量輕，便于攜帶。
[0010]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明平面雙頻雙圓極化陣列天線整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為本發(fā)明雙頻雙圓極化微帶天線單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖3為本發(fā)明實施例的低頻S參數(shù)曲線圖。
[0014]圖4為本發(fā)明實施例的高頻S參數(shù)性能圖。
[0015]圖5為本發(fā)明實施例的低頻軸比性能圖。
[0016]圖6為本發(fā)明實施例的高頻軸比性能圖。
[0017]圖7為本發(fā)明實施例的低頻增益方向圖。
[0018]圖8為本發(fā)明實施例的高頻增益方向圖。

【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0020]結(jié)合圖1，本發(fā)明平面雙頻雙圓極化陣列天線，包括介質(zhì)基板1、多個雙頻雙圓極化微帶天線單元2、天線饋電網(wǎng)絡3和饋電探針4 ;所述介質(zhì)基板I上設有呈陣列分布的2mX2n個相同的雙頻雙圓極化微帶天線單元2，m、J1均為自然數(shù)，相鄰的雙頻雙圓極化微帶天線單元2之間距離相等，雙頻雙圓極化微帶天線單元2之間通過微帶饋電網(wǎng)絡3連接，所述雙頻雙圓極化微帶天線單元2陣列的中心位置設有饋電探針4進行饋電。
[0021]結(jié)合圖2，所述雙頻雙圓極化微帶天線單元2由對應低頻的外層環(huán)形貼片6與對應高頻的內(nèi)層矩形貼片7組成；在外層環(huán)形貼片6的對角位置有第一切角8，在內(nèi)層矩形貼片7的對角位置有第二切角9，第一切角8與第二切角9方向相反；外層環(huán)形貼片6與內(nèi)層矩形貼片7采用一根微帶線10相連，微帶線10位于單元中心線方向上遠離單元饋電點的位置；所述外層環(huán)形貼片6的內(nèi)邊緣、內(nèi)層矩形貼片7和微帶線10均由中心位置沿中心線方向平移距離山以實現(xiàn)雙頻雙圓極化微帶天線單元2與微帶饋線11阻抗匹配；所述中心線與饋電方向重合。
[0022]所述相鄰兩個雙頻雙圓極化微帶天線單元2之間的距離小于I λ，λ為所述雙頻中相對較高頻點的波長。
[0023]所述天線饋電網(wǎng)絡3包括多個兩節(jié)傳輸線阻抗變換器5以實現(xiàn)雙頻阻抗匹配
[0024]實施例
[0025]參見圖1，為本發(fā)明實施例的平面雙頻雙圓極化陣列天線整體結(jié)構(gòu)示意圖。平面雙頻雙圓極化陣列天線由基板1，多個雙頻雙圓極化天線單元2，饋電網(wǎng)絡3和饋電探針4組成。
[0026]示例性的，本發(fā)明中由雙頻雙圓極化微帶天線單元2構(gòu)成的整個天線陣的規(guī)?？梢允?1211的任意一種需要的規(guī)模，m、η均為自然數(shù)，例如可以是如圖1所示的4X4單元的陣列，本發(fā)明實施例對此不進行限制。
[0027]本發(fā)明實施例中的微帶陣列天線的規(guī)模是4X4單元的。陣列中各天線單元2之間完全相同，等距排列。為了避免柵瓣同時又獲取較高的增益，本實施例中相鄰兩個天線陣元的間距選定為20mm。相對于兩個中心頻點來說，該陣元間距分別大約為0.55 λ jP0.83 λ 2。
[0028]饋電網(wǎng)絡主要采用特性阻抗為150 Ω的微帶饋線，并在饋線的并聯(lián)點采用兩節(jié)傳輸線阻抗變換器5實現(xiàn)雙頻阻抗匹配。前兩級并聯(lián)點的傳輸線阻抗變換器是將150Ω并聯(lián)后的75 Ω在兩個頻段上重新變換至150 Ω，最后一級則是將75 Ω在兩個頻段上變換至100 Ω，其并聯(lián)后與特性阻抗為50 Ω的饋電探針4實現(xiàn)阻抗匹配。
[0029]參見圖2，天線單元2由對應低頻的外層環(huán)形貼片6與對應高頻的內(nèi)層矩形貼片7，切角8和9，內(nèi)外微帶連線10和微帶饋線11組成。其中，外層環(huán)形貼片6與內(nèi)層矩形貼片7，由于兩者相對于對方是一個調(diào)諧枝節(jié)，最終導致諧振頻率和圓極化頻率比偏差較大，將其改進為長寬比較大的矩形可以有效解決這一問題。外層貼片6的內(nèi)邊緣形狀與內(nèi)層貼片7基本一致，尺寸在保證工作頻率符合要求以及可加工的前提下進行調(diào)整。外層貼片對角線位置上切角8，內(nèi)層貼片反方向切角9實現(xiàn)雙頻段上的雙圓極化。
[0030]內(nèi)外層貼片由微帶連線10連接，它處于天線單元的中心線上且選取遠離單元饋電點的位置，這有利于單元饋電點與微帶饋線11在兩個頻段上的匹配。同時微帶連線10的寬度較大，可實現(xiàn)單元饋電點與微帶饋線11在高頻段的匹配。
[0031]夕卜層貼片6的內(nèi)邊緣，內(nèi)層貼片7，內(nèi)外微帶連線10均由中心位置沿中心線方向平移一定距離，可實現(xiàn)單元饋電點與微帶饋線11在低頻段的匹配。本實施例中，平移沿中心線遠離單元饋電點，距離為0.1mrn0最終實現(xiàn)天線單元與特性阻抗為150Ω在兩個頻段上同時實現(xiàn)阻抗匹配。
[0032]實施例中，所述平面雙頻雙圓極化陣列天線的兩個的頻帶的中心頻率分別是8.2GHz和12.5GHzο微波介質(zhì)板采用相對介電常數(shù)為3，損耗角正切為0.0013，厚度為1.524mm的Rogers3003介質(zhì)板。平面雙頻雙圓極化陣列天線的尺寸為90mmX90mm。
[0033]參見圖3與圖4，本實施例低頻與高低頻工作頻率為8.2GHz與12.5GHz，中心頻率的Sll值分別為-24.09dB和-32.68dB，其相對帶寬分別為5.68%和2.95%。
[0034]參見圖5和圖6，本實施例圓極化頻率與諧振頻率一致，其中心頻率的軸比值為0.575dB和0.155dB，其圓極化相對帶寬分別為0.853%和1.6%0
[0035]參加圖7和圖8，本實施例低頻實現(xiàn)左旋圓極化，增益為17.08dB，E面副瓣增益為-10.81dB，H面副瓣增益為-11.42dB ;高頻實現(xiàn)右旋圓極化，增益為17.14dB，E面副瓣增益為-10.2dB，H面副瓣增益為-9.08dB。
[0036]綜上所述，本發(fā)明陣列天線剖面低，重量輕，增益高，能夠?qū)崿F(xiàn)雙頻雙圓極化收發(fā)共用，且結(jié)構(gòu)簡單緊湊，便于實現(xiàn)。
【權(quán)利要求】
1.一種平面雙頻雙圓極化陣列天線，其特征在于:包括介質(zhì)基板(I)、多個雙頻雙圓極化微帶天線單元(2)、天線饋電網(wǎng)絡(3)和饋電探針(4);所述介質(zhì)基板(I)上設有呈陣列分布的相同的雙頻雙圓極化微帶天線單元⑵，m、n均為自然數(shù)，相鄰的雙頻雙圓極化微帶天線單元(2)之間距離相等，雙頻雙圓極化微帶天線單元(2)之間通過微帶饋電網(wǎng)絡(3)連接；平面雙頻雙圓極化陣列天線的中心位置設有饋電探針(4)進行饋電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面雙頻雙圓極化陣列天線，其特征在于:所述雙頻雙圓極化微帶天線單元(2)由對應低頻的外層環(huán)形貼片(6)與對應高頻的內(nèi)層矩形貼片(7)組成；在外層環(huán)形貼片(6)的對角位置有第一切角(8)，在內(nèi)層矩形貼片(7)的對角位置有第二切角(9)，第一切角(8)與第二切角(9)方向相反；外層環(huán)形貼片(6)與內(nèi)層矩形貼片(7)采用一根微帶線(10)相連，微帶線(10)位于單元中心線方向上遠離單元饋電點的位置；所述外層環(huán)形貼片(6)的內(nèi)邊緣、內(nèi)層矩形貼片(7)和微帶線(10)均由中心位置沿中心線方向平移距離山以實現(xiàn)雙頻雙圓極化微帶天線單元(2)與微帶饋線(11)阻抗匹配；所述中心線與饋電方向重合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面雙頻雙圓極化陣列天線，其特征在于:所述相鄰兩個雙頻雙圓極化微帶天線單元(2)之間的距離小于I λ，λ為所述雙頻中相對較高頻點的波長。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面雙頻雙圓極化陣列天線，其特征在于:所述天線饋電網(wǎng)絡(3)包括多個兩節(jié)傳輸線阻抗變換器(5)以實現(xiàn)雙頻阻抗匹配。
【文檔編號】H01Q21/00GK104466380SQ201410797702
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月19日
【發(fā)明者】陳嶠羽, 張金棟, 吳文, 崔璨, 張鐸, 韓思琪, 任禛, 鄭星鑫, 周英波, 張德琛 申請人:南京理工大學