一種小型化共口徑雙頻圓極化天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種小型化共口徑雙頻圓極化天線，兩個(gè)頻段天線分別采用了環(huán)天線和縫隙加載的小型化手段，采用高頻天線設(shè)計(jì)在低頻天線內(nèi)部的共口徑形式節(jié)省了天線所占空間，并且采用單點(diǎn)饋電的方式通過微擾來實(shí)現(xiàn)圓極化波輻射。本發(fā)明工作在L和S波段，在低頻段中心頻率1617MHz處獲得2.9dB增益，法向軸比為0.56dB，在6MHz的帶寬內(nèi)軸比小于5dB。在高頻段中心頻率2491MHz處獲得6dB增益，法向軸比為0.76dB，在17MHz的帶寬內(nèi)軸比小于3dB。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，尺寸小，剖面低，圓極化性能好等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種小型化共口徑雙頻圓極化天線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線通信系統(tǒng)中天線設(shè)計(jì)的【技術(shù)領(lǐng)域】，它特別涉及圓極化天線、雙頻天線、共口徑天線、微帶天線小型化等技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]本世紀(jì)初，美國(guó)的GPS全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System)向民用領(lǐng)域免費(fèi)開放。經(jīng)過十多年的發(fā)展，GPS已被廣泛地應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域。
[0003]我國(guó)導(dǎo)航定位技術(shù)的應(yīng)用始于GPS衛(wèi)星系統(tǒng)，2000年我國(guó)相繼成功發(fā)射了兩顆導(dǎo)航定位試驗(yàn)衛(wèi)星，自行組建了中國(guó)第I代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)(CNSS)，成為世界上第3個(gè)擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的國(guó)家。并且在第I代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展第2代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的研制并開始提供服務(wù)且不斷成熟，以滿足今后國(guó)家對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用和長(zhǎng)遠(yuǎn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。目前北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入了密集組網(wǎng)的階段，已經(jīng)有十三顆在軌運(yùn)行的導(dǎo)航衛(wèi)星，初步建成了覆蓋亞太地區(qū)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。目前開放的北斗系統(tǒng)上行L頻段中心頻率為1618MHz，下行S頻段中心頻率為2491MHz。隨著北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)的逐漸成熟，各種各樣基于北斗的應(yīng)用終端將會(huì)應(yīng)運(yùn)而生。而天線作為北斗終端的“耳目”，它要求必須能夠覆蓋上行和下行兩個(gè)頻段，而且要求均為圓極化。除此之外，為了節(jié)省北斗終端機(jī)的體積，而對(duì)北斗終端的天線提出了更高的要求，即盡可能的小型化。因此小型化的雙頻圓極化天線設(shè)計(jì)就顯得越來越重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種工作于L頻段和S頻段的小型化共口徑雙頻圓極化天線。為了減小天線的尺寸，因此考慮采用共口徑的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，將兩個(gè)頻段的天線在同一個(gè)口徑下完成設(shè)計(jì)。同時(shí)兩個(gè)頻段天線都分別采用小型化的技術(shù)以進(jìn)一步縮小天線尺寸。除此之外，在實(shí)現(xiàn)圓極化方面也都采用了單饋的方式，在節(jié)省了功分饋電網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)也使天線結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單。該發(fā)明具有結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，尺寸小，剖面低，圓極化性能好等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]傳統(tǒng)的雙頻圓極化天線多采用多層的堆棧結(jié)構(gòu)，而且尺寸較大。本發(fā)明采用共口徑技術(shù)將兩個(gè)頻段天線共用一個(gè)口徑并且設(shè)計(jì)在一層上，避免了多層的堆棧結(jié)構(gòu)。同時(shí)低頻天線采用方形環(huán)天線的形式，高頻天線采用縫隙加載的方形貼片，其尺寸也比傳統(tǒng)的天線形式大大縮小。
[0006]本文所發(fā)明的小型化共口徑雙頻圓極化天線由饋電探針、金屬地板、介質(zhì)基片、輻射貼片和耦合貼片組成。低頻輻射貼片采用方形環(huán)天線的形式，低頻輻射貼片采用縫隙加載的方形貼片。低頻輻射單元嵌套在高頻輻射貼片內(nèi)部。高頻輻射貼片由同軸探針直接饋電，低頻輻射貼片由同軸探針激勵(lì)的耦合貼片進(jìn)行耦合饋電。高頻輻射貼片采用縫隙加載是為了增加表面電流路徑從而使天線小型化。高頻輻射貼片產(chǎn)生圓極化采用切角微擾的形式，低頻輻射貼片則采用小方形微擾。而高頻和低頻天線的匹配通過饋電點(diǎn)位置來調(diào)節(jié)，圓極化的性能則通過微擾的大小來調(diào)節(jié)。與普通的雙頻圓極化天線相比該天線具有以下優(yōu)占-
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[0007](I)采用共口徑的形式，使得天線所占空間大幅減小。
[0008](2)采用單饋方式實(shí)現(xiàn)圓極化，避免使用功分饋電網(wǎng)絡(luò)。
[0009](3)采用單層微帶的形式，使得結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便。
[0010](4)采用耦合饋電的形式，有效解決了環(huán)天線阻抗匹配難的問題。
[0011](5)通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，獲得了良好的軸比性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)的俯視圖；
[0013]其中I是介質(zhì)基板、2是低頻輻射貼片、3是高頻輻射貼片、4是同軸探針、5是低頻奉禹合饋電貼片。
[0014]圖2是本發(fā)明結(jié)構(gòu)的主視圖；
[0015]圖3是天線的低頻反射系數(shù)曲線圖；
[0016]圖4是天線的高頻反射系數(shù)曲線圖；
`[0017]圖5是天線的低頻增益方向圖；
[0018]圖6是天線的高頻增益方向圖；
[0019]圖7是天線的低頻軸比方向圖；
[0020]圖8是天線的高頻軸比方向圖；
[0021]圖9是天線的低頻法向軸比隨頻率的變化曲線；
[0022]圖10是天線的高頻法向軸比隨頻率的變化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0023]參照?qǐng)D1，本發(fā)明的小型化共口徑雙頻圓極化天線由介質(zhì)基板1、低頻輻射貼片2、高頻輻射貼片3、同軸探針4和低頻耦合饋電貼片5和地板6組成。
[0024]本發(fā)明工作于L頻段和S頻段，中心頻率分別為1617MHz和2491MHz，兩個(gè)頻段的天線分別由兩個(gè)同軸探針進(jìn)行饋電。其中高頻探針直接與高頻輻射貼片相連，而低頻探針與低頻耦合貼片相連，通過耦合貼片對(duì)低頻輻射貼片進(jìn)行激勵(lì)。高頻和低頻同軸探針都可以通過調(diào)節(jié)其偏離中心的位置來進(jìn)行阻抗匹配。低頻輻射貼片采用方形環(huán)的形式，環(huán)形天線的尺寸比傳統(tǒng)微帶天線尺寸有明顯縮小，同時(shí)給高頻輻射貼片預(yù)留了空間，使共口徑得以實(shí)現(xiàn)。在方形環(huán)的其中一個(gè)對(duì)角設(shè)計(jì)一對(duì)小方形，對(duì)環(huán)上的電流進(jìn)行微擾。通過合理的設(shè)計(jì)小方形的大小，可以使方環(huán)上產(chǎn)生兩個(gè)正交的模式，從而形成圓極化波輻射。高頻輻射貼片采用4條L形縫隙加載的方形貼片，通過縫隙加載可以大大的減小天線的尺寸。在方形貼片的其中一個(gè)對(duì)角進(jìn)行切角處理，使貼片上的電流產(chǎn)生微擾。通過合理設(shè)計(jì)切角的大小，可以使貼片上產(chǎn)生兩個(gè)正交的模式，從而形成圓極化波輻射。
[0025]根據(jù)以上的基本原理，該共口徑雙頻雙圓極化天線的基片大小為50 X 50mm2，基片的介電常數(shù)選取為3.5，基片厚度選取為3mm。低頻貼片的大小為34.15X34.15mm2，高頻貼片的大小為25X25mm2。低頻耦合貼片距離低頻輻射貼片2.09mm，大小為4X25mm2。最終該天線在低頻段中心頻率1618MHz處獲得2.9dB增益，法向軸比為0.56dB，在正負(fù)65°范圍內(nèi)軸比小于5dB，在6MHz的帶寬內(nèi)軸比小于5dB。高頻段中心頻率2491MHz處獲得6dB增益，法向軸比為0.76dB，在正負(fù)90°范圍內(nèi)軸比小于3dB，在17MHz的帶寬內(nèi)軸比小于3dB。該天線在兩個(gè)工作頻段內(nèi)S11均小于-10dB。
[0026]以上，向熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的人員提供本發(fā)明的描述以使他們易于理解與運(yùn)用本發(fā)明。對(duì)于熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的人員，對(duì)這些實(shí)施的各種變更是顯而易見的，而無需創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明并不僅限定在這里所述的方案，而是與所述的權(quán)利要求一致的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種小型化共口徑雙頻圓極化天線，包括介質(zhì)基板1、低頻輻射貼片2、高頻輻射貼片3、同軸探針4、低頻耦合饋電貼片5和地板6。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化共口徑雙頻圓極化天線，其特征在于，低頻輻射貼片采用方環(huán)形結(jié)構(gòu)，使低頻天線實(shí)現(xiàn)了小型化，同時(shí)還給高頻輻射單元預(yù)留了空間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化共口徑雙頻圓極化天線，其特征在于，高頻單元的L形縫隙加載實(shí)現(xiàn)了高頻輻射貼片的小型化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化共口徑雙頻圓極化天線，其特征在于，高頻輻射貼片放在低頻輻射貼片內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)頻段天線共口徑，節(jié)省了天線所占空間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化共口徑雙頻圓極化天線，其特征在于，高頻輻射單元通過同軸探針的位置來實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，低頻輻射貼片通過耦合貼片饋電和同軸探針的位置來實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化共口徑雙頻圓極化天線，其特征在于，通過低頻單元的小方形和高頻單元的切角實(shí)現(xiàn)了圓極化波輻射。
【文檔編號(hào)】H01Q21/24GK103682601SQ201210315678
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月31日
【發(fā)明者】楊峰, 張銀, 李巖, 郭智, 歐陽駿, 楊鵬 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)