三頻雙極化圓錐共形微帶天線陣列的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三頻雙極化圓錐共形全向微帶天線陣列，通過將單頻和雙頻的微帶天線陣列呈上下放置在圓錐體表面來實(shí)現(xiàn)三頻工作，同時(shí)天線陣列均勻圍繞在圓錐體表面來實(shí)現(xiàn)波束全向性覆蓋。每個(gè)陣列由四個(gè)微帶天線單元通過微帶線并聯(lián)饋電構(gòu)成。單頻天線單元由微帶天線輻射邊饋電、雙頻天線單元由微帶天線非輻射邊饋電。在單頻天線單元的非輻射邊上通過開縫來減小貼片的尺寸，貼片單元為線極化工作；在雙頻天線單元的輻射邊上通過開縫來實(shí)現(xiàn)雙頻，低頻為圓極化，高頻為線極化。天線加工所用的微帶介質(zhì)為易彎曲的特種介質(zhì)。本發(fā)明可以在有限的載體表面實(shí)現(xiàn)三頻雙極化工作要求，且可以實(shí)現(xiàn)波束的全向性覆蓋。
【專利說明】三頻雙極化圓錐共形微帶天線陣列
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及共形于圓錐載體表面的一種微帶天線陣列，特別是一種三頻雙極化圓錐共形微帶天線陣列。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代通信、軍事的不斷發(fā)展，機(jī)載、星載及各類通信和遙測(cè)遙控系統(tǒng)所需要的電子組件部件向著短、小、輕、薄、高可靠性、高速度的方向快速發(fā)展，在性能方面，迫切需要電磁兼容性好、不易受電子干擾、雷達(dá)散射截面RCS (Radar Cross Section)小，具有隱身/反隱身特性的高性能陣列天線。共形微帶天線具有剖面低、重量輕、體積小、易于實(shí)現(xiàn)共形等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此近年來日益受到重視。
[0003]彈體上的共形微帶天線，由于其使用環(huán)境的特殊性對(duì)共形天線的設(shè)計(jì)也提出了新的要求。彈體上的共形微帶天線出于空氣動(dòng)力學(xué)的考慮往往需要設(shè)計(jì)在錐面上，但由于錐面幾何形狀相對(duì)較復(fù)雜、因此設(shè)計(jì)難度較大。另外彈體上的共形天線需要全向性，以保證彈體在飛行旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下接收信號(hào)。而全向性天線的設(shè)計(jì)需要仔細(xì)的考慮天線單元的排列，使得天線方向圖的全向性覆蓋得到滿足。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，雙頻和多頻的工作模式日益成為技術(shù)的主流。彈體上的共形天線也有同樣的需求，以保證收發(fā)共用的需要。但是如何在彈體有限的尺寸上實(shí)現(xiàn)雙頻或多頻工作也是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，現(xiàn)有技術(shù)中尚無相關(guān)描述。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種三頻雙極化圓錐共形微帶天線陣列。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種三頻雙極化圓錐共形微帶天線陣列，包括圓錐載體、第一微帶線、第一微帶天線陣列、第二微帶線和第二微帶天線陣列，所述第一微帶天線陣列和第二微帶天線陣列均設(shè)置在圓錐載體的外表面，并均勻的圍繞在圓錐載體表面，其中第一微帶天線陣列位于第二微帶天線陣列的上方，其中第一微帶天線陣列包括四個(gè)單頻微帶天線單元，該四個(gè)單頻微帶天線單元通過第一微帶線并聯(lián)，第二微帶天線陣列包括四個(gè)雙頻微帶天線單元，該四個(gè)雙頻微帶天線單元通過第二微帶線并聯(lián)。
[0006]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為:1)在單頻天線單元微帶貼片上開縫，減小天線的尺寸來滿足圓錐載體軸線尺寸的要求；2)在雙頻天線單元微帶貼片上開縫，實(shí)現(xiàn)雙頻工作；3)本發(fā)明采用三種不同諧振頻率的微帶天線陣列上下放置在圓錐載體來滿足三頻的工作要求，多頻的工作方式可以增加信息的通信容量；4)在雙頻微帶天線單元中通過微擾和邊饋實(shí)現(xiàn)圓極化工作，圓極化的工作方式用于接收GPS信號(hào)；5)在圓錐體這一復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了全向性的天線波束覆蓋，這樣能保證載體在高速旋轉(zhuǎn)的情況下還可以接收信號(hào)；6)本發(fā)明可以在有限的載體表面實(shí)現(xiàn)三頻雙極化工作要求，且可以實(shí)現(xiàn)波束的全向性覆蓋。
[0007]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明的圓錐體上的三頻共形微帶天線結(jié)構(gòu)圖。
[0009]圖2為本發(fā)明的雙頻微帶天線單元的俯視圖。
[0010]圖3為本發(fā)明的雙頻微帶天線單元的側(cè)視圖。
[0011]圖4為本發(fā)明的單頻微帶天線單元的俯視圖。
[0012]圖5為本發(fā)明的單頻微帶天線單元的側(cè)視圖。
[0013]圖6為本發(fā)明的雙頻微帶天線陣列的反射系數(shù)結(jié)果圖。
[0014]圖7為本發(fā)明的雙頻微帶天線陣列低頻的全向軸比結(jié)果圖。
[0015]圖8為本發(fā)明的單頻微帶天線陣列的反射系數(shù)結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明的一種三頻雙極化圓錐共形微帶天線陣列，包括圓錐載體1、第一微帶線
2、第一微帶天線陣列3、第二微帶線4和第二微帶天線陣列5，所述第一微帶天線陣列3和第二微帶天線陣列5均設(shè)置在圓錐載體I的外表面，并均勻的圍繞在圓錐載體表面，其中第一微帶天線陣列3位于第二微帶天線陣列5的上方,其中第一微帶天線陣列3包括四個(gè)單頻微帶天線單元11，該四個(gè)單頻微帶天線單元11通過第一微帶線2并聯(lián)，第二微帶天線陣列5包括四個(gè)雙頻微帶天線單元6，該四個(gè)雙頻微帶天線單元6通過第二微帶線4并聯(lián)。
[0017]所述單頻微帶天線單元11通過第一微帶線2在福射邊進(jìn)行饋電,雙頻微帶天線單元6通過第二微帶線4在非輻射邊進(jìn)行饋電。
[0018]雙頻微帶天線單元6包括第二地板8、第二介質(zhì)9和第二微帶貼片10，所述第二地板8位于第二介質(zhì)9的下方，第二微帶貼片10位于第二介質(zhì)9的上方，第二微帶貼片10的輻射邊上各開有一個(gè)縫，上述兩個(gè)縫關(guān)于第二微帶貼片10的垂直中心線對(duì)稱；單頻微帶天線單元11包括第一地板13、第一介質(zhì)14和第一微帶貼片15，所述第一地板13位于第一介質(zhì)14的下方，第一微帶貼片15位于第一介質(zhì)14的上方，第一微帶貼片15的非輻射邊上各開有兩個(gè)縫，所述單頻微帶天線單元11關(guān)于垂直中心線對(duì)稱。
[0019]雙頻微帶天線單元6的長度為bl，寬度為al，縫隙的長度為b2，縫隙的寬度為a2，左邊縫隙與天線左邊沿的距離為a5，天線單元的饋線寬度為a3，天線單元的饋線距天線右邊沿的距離為a4,具體尺寸為:al為59.8mm, bl為62.0mm, a2為2.2mm, b2為45.7mm, a3為 1.3mm, a4 為 8.3mm, a5 為 2.0mm。
[0020]單頻微帶天線單元11寬度為a6，左上縫隙與天線單元上沿的長度為b3，左上縫隙的寬度為b4，長度為a7，左上縫隙與左下縫隙的相鄰邊的長度b5，左下縫隙的寬度為b6，長度為a7，左下縫隙與天線單元下沿的長度為b7，饋線插入天線單元的深度為b8，饋線兩邊的縫寬為a8,具體尺寸為:b3為8.5謹(jǐn)，b4為3.Ctam, b5為6.Ctam, a6為56.2謹(jǐn)，a7為18.7mm, a8 為 1.1mm , b6 為 3.0mm, b7 為 8.5mm, b8 為 12.0mm。
[0021]第二介質(zhì)9和第一介質(zhì)14的厚度均為1.143_，介電常數(shù)均為2.17，損耗角均為
0.0009。
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0023]本發(fā)明的一種L波段和S波段圓錐共形全向三頻微帶陣列，包括兩種微帶天線陣列，第一微帶天線陣列對(duì)應(yīng)于一個(gè)工作頻率，第二微帶天線陣列對(duì)應(yīng)于兩個(gè)工作頻率，并且呈上下共形放置在圓錐體表面，其中第一微帶天線陣列放置在圓錐體周長較短的部分，而相應(yīng)第二微帶天線陣列放置在圓錐體周長較長的部分。第一微帶天線陣列和第二微帶天線陣列均由四個(gè)微帶天線單元通過微帶線并聯(lián)饋電構(gòu)成，第一微帶天線陣列和第二微帶天線陣列的四個(gè)天線單元在圓錐的圓周上均勻分布。其第二微帶天線陣列的天線單元由微帶線非輻射邊饋電，同時(shí)天線單元上通過在輻射邊開縫來實(shí)現(xiàn)雙頻工作，天線單元低頻為圓極化、高頻為線極化；第一微帶天線陣列的天線單元由微帶線福射邊饋電，同時(shí)在天線單元的非輻射邊上開縫，從而實(shí)現(xiàn)小型化，天線單元為線極化工作。第一微帶天線陣列對(duì)應(yīng)于一個(gè)工作頻率、第二微帶天線陣列對(duì)應(yīng)于兩個(gè)工作頻率。
[0024]結(jié)合圖1，本發(fā)明專利的一種L波段和S波段三頻工作的全向共形微帶天線陣列，包括圓錐載體1、第一微帶天線陣列3、第一微帶線2、第二微帶天線陣列5、第二微帶線4，第一微帶線2通過并聯(lián)饋電連接四個(gè)單頻微帶天線單元11，第二微帶線4通過并聯(lián)饋電連接四個(gè)雙頻微帶天線單元6。
[0025]結(jié)合圖2，本發(fā)明專利的雙頻微帶天線單元6的俯視圖，其特征為通過在輻射邊上各開一條縫隙來實(shí)現(xiàn)天線雙頻工作，輸入口 7為天線單元的饋電口。雙頻微帶天線單元6的長度為bl，寬度為al，縫隙的長度為b2，縫隙的寬度為a2，左邊縫隙與天線左邊沿的距離為a5，天線單元的饋線寬度為a3，天線單元的饋線距天線右邊沿的距離為a4。
[0026]結(jié)合圖3，本發(fā)明專利的雙頻天線單元6側(cè)視圖，該結(jié)構(gòu)包括第二地板8，第二介質(zhì)9，第二微帶貼片10。
[0027]結(jié)合圖4，本發(fā)明專利的單頻天線單元11的俯視圖，其特征為通過在非輻射邊上開了兩條縫隙來減小天線的尺寸，輸入口 12為天線單元的饋電口。單頻微帶天線單元11寬度為a6，左上縫隙與天線單元上沿的長度為b3，左上縫隙的寬度為b4，長度為a7，左上縫隙與左下縫隙的相鄰邊的長度b5，左下縫隙的寬度為b6，長度為a7，左下縫隙與天線單元下沿的長度為b7，饋線插入天線單元的深度為b8，饋線兩邊的縫寬為a8。
[0028]結(jié)合圖5，本發(fā)明專利的單頻天線單元11的側(cè)視圖，該結(jié)構(gòu)包括第一地板13，第一介質(zhì)14，第一微帶貼片15。
[0029]雙頻微帶天線單元6的低頻為圓極化、高頻為線極化工作；單頻微帶天線單元11為線極化工作。
[0030]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明專利做進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0031]在本實(shí)施例中所用的三個(gè)頻點(diǎn)為1.575GHzU.78GHZ和2.428GHz，所用的介質(zhì)板的介電常數(shù)為2.17，厚度為1.143mm，損耗角為0.0009。其中圓錐載體的上邊沿弧長為321mm,下邊沿的弧長為433mm,圓維的切邊長為111.5mm。al為59.8mm,bI為62.0mm, a2為
2.2mm, b2 為 45.7mm, a3 為 1.3mm, a4 為 8.3mm, a5 為 2.0mm; b3 為 8.5mm, b4 為 3.0mm, b5為 6.0mm, a6 為 56.2mm, a7 為 18.7mm, a8 為 1.1mm, b6 為 3.0mm, b7 為 8.5mm, b8 為 12.0mm。
[0032]其中圖6 — 7分別為雙頻微帶天線陣列對(duì)應(yīng)的反射系數(shù)圖和全向軸比圖。圖8為單頻微帶天線陣列對(duì)應(yīng)的反射系數(shù)圖。由圖6 — 7可知，雙頻微帶天線陣列滿足雙頻工作要求，且軸比在全向都低于3dB。由圖8可知，單頻微帶天線陣列滿足單頻工作要求。
【權(quán)利要求】
1.一種三頻雙極化圓錐共形微帶天線陣列，其特征在于，包括圓錐載體[I]、第一微帶線[2]、第一微帶天線陣列[3]、第二微帶線[4]和第二微帶天線陣列[5]，所述第一微帶天線陣列[3]和第二微帶天線陣列[5]均設(shè)置在圓錐載體[I]的外表面，并均勻的圍繞在圓錐載體表面，其中第一微帶天線陣列[3]位于第二微帶天線陣列[5]的上方，其中第一微帶天線陣列[3]包括四個(gè)單頻微帶天線單元[11]，該四個(gè)單頻微帶天線單元[11]通過第一微帶線[2]并聯(lián)，第二微帶天線陣列[5]包括四個(gè)雙頻微帶天線單元[6]，該四個(gè)雙頻微帶天線單元[6]通過第二微帶線[4]并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三頻雙極化圓錐共形微帶天線陣列，其特征在于，所述單頻微帶天線單元[11]通過第一微帶線[2]在輻射邊進(jìn)行饋電，雙頻微帶天線單元[6]通過第二微帶線[4]在非輻射邊進(jìn)行饋電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三頻雙極化圓錐共形微帶天線陣列，其特征在于，雙頻微帶天線單元[6]包括第二地板[8]、第二介質(zhì)[9]和第二微帶貼片[10]，所述第二地板[8]位于第二介質(zhì)[9]的下方，第二微帶貼片[10]位于第二介質(zhì)[9]的上方，第二微帶貼片[10]的輻射邊上各開有一個(gè)縫，上述兩個(gè)縫關(guān)于第二微帶貼片[10]的垂直中心線對(duì)稱；單頻微帶天線單元[11]包括第一地板[13]、第一介質(zhì)[14]和第一微帶貼片[15]，所述第一地板[13]位于第一介質(zhì)[14]的下方，第一微帶貼片[15]位于第一介質(zhì)[14]的上方，第一微帶貼片[15]的非輻射邊上各開有兩個(gè)縫，所述單頻微帶天線單元[11]關(guān)于垂直中心線對(duì)稱。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三頻雙極化圓錐共形微帶天線陣列，其特征在于，雙頻微帶天線單元[6]的長度為bl，寬度為al，縫隙的長度為b2，縫隙的寬度為a2，左邊縫隙與天線左邊沿的距離為a5，天線單元的饋線寬度為a3，天線單元的饋線距天線右邊沿的距離為a4,具體尺寸為:al 為 59.8mm, bl 為 62.0mm, a2 為 2.2mm, b2 為 45.7mm, a3 為 1.3mm, a4為 8.3mm, a5 為 2.0mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三頻雙極化圓錐共形微帶天線陣列，其特征在于，單頻微帶天線單元[11]寬度為a6，左上縫隙與天線單元上沿的長度為b3，左上縫隙的寬度為b4，長度為a7，左上縫隙與左下縫隙的相鄰邊的長度b5，左下縫隙的寬度為b6，長度為a7，左下縫隙與天線單元下沿的長度為b7，饋線插入天線單元的深度為b8，饋線兩邊的縫寬為a8，具體尺寸為:b3 為 8.5mm, b4 為 3.0mm, b5 為 6.0mm, a6 為 56.2mm, a7 為 18.7mm, a8 為1.1mm, b6 為 3.0mm, b7 為 8.5mm, b8 為 12.0mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三頻雙極化圓錐共形微帶天線陣列，其特征在于，第二介質(zhì)[9]和第一介質(zhì)[14]的厚度均為1.143mm，介電常數(shù)均為2.17，損耗角均為0.0009。
【文檔編號(hào)】H01Q21/24GK103457017SQ201310405104
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月6日
【發(fā)明者】王昊, 陳康, 周靜, 方鑫, 張平平, 孫長富 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)