雙頻嵌套圓極化導航天線的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于天線技術領域，涉及一種工作在S頻段和U頻段的雙頻嵌套圓極化導航天線，可用于衛(wèi)星導航系統(tǒng)的信號接收和發(fā)射。
【背景技術】
[0002]衛(wèi)星導航系統(tǒng)是指為地面、海洋、空間及太空的各種載體提供位置、速度、時間等資訊服務的專業(yè)系統(tǒng)，可實現(xiàn)對目標的定位、導航、監(jiān)管和管理，已經(jīng)在軍事和民用等不同領域發(fā)揮出重要的作用，成為不可或缺的無線電應用技術。天線是無線系統(tǒng)中重要的部件之一，其電性能決定著整個鏈路系統(tǒng)的性能。由于星載、機載、車載或手持載體的不同及載體結(jié)構(gòu)尺寸的限制，衛(wèi)星導航終端需要配備寬帶、多頻段、小型化或?qū)挷ㄊ炔煌阅芙M合的圓極化天線。
[0003]天線按照極化特性可分為線極化、圓極化和橢圓極化三種，其帶寬是指天線在能滿足設計指標要求的頻率范圍內(nèi)的主要性能參數(shù)，如輸入阻抗、方向圖、增益、主瓣寬度和副瓣電平等，一般情況下，天線性能參數(shù)是隨頻率而變化的，因而天線帶寬就取決于各項性能參數(shù)的頻率特性。對于圓極化天線，其極化特性往往是限制工作帶寬的主要因素。圓極化天線可以接收任意極化方向的線極化波，同時它發(fā)射的信號也可以由任意極化方向的線極化天線接收，并且具有旋向正交性，尤其是在航天飛行器、無線通信和雷達的極化分集、全球定位等無線電領域中得到廣泛應用領域。
[0004]現(xiàn)有衛(wèi)星導航系統(tǒng)廣泛采用層疊型微帶結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)天線的多頻段共口徑工作。雙頻天線同樣可以采用高頻輻射單元和低頻輻射單元組合的方式。這種雙頻天線組合方式有兩種方案:方案一、高低頻輻射單元肩并肩排列，這種方案能有效地減小天線的長度，不過存在臨近單元大小不等，天線結(jié)構(gòu)左右不對稱的問題。由于互耦作用，天線在兩個頻段的水平方向圖主瓣出現(xiàn)左右不對稱，方向偏離底板法線且不一致。方案二、高低頻輻射單元嵌套組合方式，這種方案能有效地減少天線的寬度，同時也能避免肩并肩方式中由于天線結(jié)構(gòu)左右不對稱而產(chǎn)生的天線在兩個頻段的水平方向圖主瓣出現(xiàn)左右不對稱，方向偏離底板法線且不一致的問題。碩士學位論文《多頻嵌套基站天線的研究與設計》提出了一種雙頻嵌套天線，高頻陣子采用十字交叉陣子，低頻陣子采用十字交叉陣子，高頻振子嵌套在低頻振子內(nèi)部，高低頻振子都與底板相接，該天線可實現(xiàn)雙頻雙線極化工作，但不具備導航天線需要的圓極化特性，從而限制了該種天線形式的應用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷，提出了一種雙頻嵌套圓極化天線，使之適用于衛(wèi)星導航系統(tǒng)，以擴展天線的應用范圍，改善天線的輻射特性，提高天線的工作性能，用于解決現(xiàn)有雙頻嵌套天線因不能實現(xiàn)雙頻圓極化工作帶來的應用范圍小的問題。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為:
[0007]—種雙頻嵌套圓極化導航天線，包括低頻輻射體1、高頻輻射體2、金屬擋板3、第一金屬反射板4、第一介質(zhì)板5、高頻饋電網(wǎng)絡6、金屬螺栓7、第二金屬反射板8、低頻饋電網(wǎng)絡9和高頻總路一分三功分器10 ;其特征在于，所述低頻輻射體I由四個90°旋轉(zhuǎn)對稱的低頻輻射單元11組成，固定在第二金屬反射板8上，形成一個橫截面為正方形的立方體空間區(qū)域；沿該空間區(qū)域的中軸線，自上而下依次嵌套有高頻輻射體2、金屬擋板3和第一介質(zhì)板5，其中第一介質(zhì)板5的上下表面分別印制有第一金屬反射板4和高頻饋電網(wǎng)絡6，通過金屬螺栓7支撐在第二金屬反射板8的上方；在第二金屬反射板8的下方設置有低頻饋電網(wǎng)絡9和高頻總路一分三功分器10，其中低頻饋電網(wǎng)絡9通過同軸線和低頻輻射體I相連，高頻總路一分三功分器10通過同軸線依次與高頻饋電網(wǎng)絡6和高頻輻射體2相連。
[0008]所述低頻輻射單元11采用改進的對稱振子形式，包括水平部分和豎直部分，在該低頻輻射單元11的縱向?qū)ΨQ軸線上設置有矩形開槽，用于形成對稱振子的兩個臂；在該兩個臂的水平部分中心位置分別設置有兩個對稱的半圓形開槽110，在其外邊緣上分別設置有金屬開路枝節(jié)111，其中兩個半圓形開槽110的對稱軸與所述矩形開槽垂直。
[0009]所述高頻輻射體2由十字交叉振子陣21、第三介質(zhì)板22和高頻短路片23組成，其中十字交叉振子陣21由3X3個十字交叉振子組成，印制在第三介質(zhì)板22上表面，高頻短路片23穿過第三介質(zhì)板21與十字交叉振子22相連，所述第三介質(zhì)板22采用介電常數(shù)為4.4的正方形介質(zhì)材料；所述高頻短路片23采用四個90°旋轉(zhuǎn)對稱的金屬片。
[0010]所述金屬擋板3由3X3個正方形金屬網(wǎng)格單元組成，其中，3X3個金屬網(wǎng)格單元的排列方式與3X3個十字交叉振子的排列方式相同，且金屬網(wǎng)格與十字交叉振子的中心位置對齊。
[0011]所述低頻饋電網(wǎng)絡9為延長線型饋電威爾金森功分器，實現(xiàn)低頻輻射單元11的右旋圓極化工作。
[0012]所述高頻饋電網(wǎng)絡6由三個分路一分三功分器61、3X3個3dB定向耦合器62和3X3個50Ω匹配電阻63組成，其中，每個分路一分三功分器61的輸出端口與對應的3dB定向耦合器62的左旋端口或右旋端口相連，可實現(xiàn)高頻輻射體2的左旋圓極化或右旋圓極化工作。
[0013]所述第一介質(zhì)板5采用介電常數(shù)為2.65的正方形介質(zhì)材料。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點:
[0015]1、本發(fā)明由于采用了高頻輻射體和低頻輻射體嵌套的形式，并分別結(jié)合高頻饋電網(wǎng)絡和低頻饋電網(wǎng)絡，實現(xiàn)了天線在S，U頻段的雙頻圓極化工作，使之適用于衛(wèi)星導航系統(tǒng)。
[0016]2、本發(fā)明由于采用改進的對稱振子作為低頻輻射單元，在對稱振子兩臂的水平部分開有半圓形槽，可以在保證低頻輻射單元輻射性能的條件下減小低頻輻射體對高頻輻射體的遮擋，獲得良好的高頻輻射特性。
[0017]3、本發(fā)明由于采用3X3個正方形金屬網(wǎng)格單元組成的金屬擋板，3X3個金屬網(wǎng)格單元的排列方式與3X3個十字交叉振子的排列方式相同，且金屬網(wǎng)格與十字交叉振子的中心位置對齊，每個金屬網(wǎng)格單元環(huán)繞在十字交叉振子四周，可以有效減小高頻輻射體方向圖的頻率偏移，獲得良好的高頻輻射特性。
[0018]4、本發(fā)明高頻饋電網(wǎng)絡由于采用一分三功分器與3dB定向耦合器的級聯(lián)，每個分路一分三功分器的輸出端口與對應的3dB定向耦合器的左旋端口或右旋端口相連，可實現(xiàn)高頻輻射體的左旋圓極化或右旋圓極化工作。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)的正視圖；
[0020]圖2是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)的俯視圖；
[0021 ]圖3是本發(fā)明的低頻輻射體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4是本發(fā)明的高頻輻射體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖5是本發(fā)明的金屬擋板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖6是本發(fā)明的高頻饋電網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明作進一步描述:
[0026]參照圖1和圖2，本發(fā)明包括低頻輻射體1、高頻輻射體2、金屬擋板3、第一金屬反射板4、第一介質(zhì)板5、高頻饋電網(wǎng)絡6、金屬螺栓7、第二金屬反射板8、低頻饋電網(wǎng)絡9和高頻總路一分三功分器10 ;所述低頻輻射體I固定在第二金屬反射板8上，低頻輻射體I由四個90°旋轉(zhuǎn)對稱的低頻輻射單元組成，在低頻輻射體的中部形成一個橫截面為正方形的立方體空間區(qū)域，該正方形橫截面的邊長為380mm ;每個低頻輻射單元距對稱中心的距離為176mm ;沿該空間區(qū)域的中軸線，自上而下依次嵌套有高頻輻射體2、金屬擋板3和第一介質(zhì)板5，且外輪廓均為沿該立方體空間區(qū)域中軸線平行的正方形，第一介質(zhì)板5采用介電常數(shù)為2.65，邊長為350mm的正方形介質(zhì)板，厚度為1mm