左右旋雙圓極化寬波束天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種廣泛應(yīng)用在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，終端接收設(shè)備平臺(tái)上的寬波束左右旋雙圓極化天線。
技術(shù)背景
[0002]天線作為一種用來發(fā)射或接收無線電波的部件，在無線通信系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。隨著無線通信系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，對天線的要求越來越高。一方面要求天線具有寬頻帶、多功能、多業(yè)務(wù)融合等特點(diǎn)，另一方面又要求天線的體積小、質(zhì)量輕、成本低。圓極化天線由于不存在極化失配現(xiàn)象，更容易獲得相關(guān)性較低的平衡接收功率而呈現(xiàn)較大優(yōu)勢。一對左旋圓極化波和右旋圓極化波互為交叉極化，理想情況下一對互為交叉極化的波是互相隔離的，即用LHCP的天線是無法接收RHCP來波的信號，反之亦然。而展寬圓極化天線頻帶寬度是提高其實(shí)用價(jià)值的關(guān)鍵，是實(shí)現(xiàn)天線寬頻帶和小型化的研究重點(diǎn)。圓極化天線由于不存在極化失配的現(xiàn)象，更容易獲得相關(guān)性較低的平衡接收功率而呈現(xiàn)較大優(yōu)勢。圓極化天線指的是一個(gè)天線所輻射的電磁場中電場的方向和大小在空間不是固定的，而是隨著時(shí)間的變化在一個(gè)平面內(nèi)形成一個(gè)橢圓，特殊的情況下橢圓可以變成圓，即純圓極化波。要獲得圓極化波，兩矢量必須振幅相等，空間正交、其間的相位差為90°，這就是獲得圓極化的三個(gè)條件。寬波束圓極化性能的天線形式有很多，如螺旋天線，即指圓錐螺旋和四臂螺旋，優(yōu)點(diǎn)是頻帶寬、波束寬、方向圖對稱、寬角圓極化性能好，缺點(diǎn)是尺寸大、只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)極化方式；十字陣子，即對稱陣子的變形，增益和波束都比較適中，優(yōu)點(diǎn)是頻帶寬、方向圖對稱、寬角圓極化性能好，缺點(diǎn)是波束不夠?qū)?、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，尺寸較大，即使通過對其地板的賦形處理，在波束覆蓋范圍內(nèi)，其增益也只能做到ldB;微帶天線，其增益和波束都比較適中適中，優(yōu)點(diǎn)是尺寸小、剖面低，缺點(diǎn)是頻帶窄、寬角圓極化性能差。實(shí)現(xiàn)圓極化往往帶寬較窄，尤其實(shí)現(xiàn)雙圓極化輻射到自由空間。這種饋電結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)方波導(dǎo)同時(shí)饋結(jié)構(gòu)復(fù)雜、饋線冗長、損耗較大，不適用于高頻段衛(wèi)星通信系統(tǒng)。在實(shí)際衛(wèi)星工程應(yīng)用中，左右圓極化天線經(jīng)常發(fā)生旋向差錯(cuò)，由于左右旋極化定義的措辭各有不同，在理解定義含義上混淆，圓極化天線形式的千變?nèi)f化等等諸多因素，使圓極化天線旋向匹配常常發(fā)生差錯(cuò)。圓極化天線通常有四臂螺旋、十字交叉陣子、微帶天線等形式，其中，由于四臂螺旋、交叉陣子這類天線輪廓較高、重量較重，不利于集成到移動(dòng)終端設(shè)備.而微帶天線以其特有的優(yōu)勢，如輪廓低、重量輕、成本小、易共形等，在衛(wèi)星通信中得到了廣泛的應(yīng)用.考慮到抗干擾等因素，衛(wèi)星通信上下行頻率一般不同(頻率間隔甚至相差較大)，極化方式通常也不一樣.這就對天線提出了雙頻雙極化的要求。為此，許多文獻(xiàn)提出了雙頻雙極化天線，但其中大部分研究的是雙線極化、線極化和圓極化或同種旋向的雙極化方式.在具有較大的上下行頻率間隔的收發(fā)頻率上實(shí)現(xiàn)不同的左右旋圓極化雙工通信仍然是一個(gè)值得研究的方向，另外，由于高次模、寄生輻射及色散特性的影響，微帶天線的隔離度一般只有10-20dB。較差的端口的隔離度將嚴(yán)重影響通信質(zhì)量，特別是在收發(fā)雙工一體天線中，接收信號的強(qiáng)度通常比發(fā)射信號強(qiáng)度弱得多，更加容易被干擾.因此，如何獲得高隔離度是衛(wèi)星通信中一個(gè)非常迫切的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的任務(wù)是提供一種陣列簡單可靠，能夠在不采用過于復(fù)雜結(jié)構(gòu)形式前提下，同時(shí)實(shí)現(xiàn)左右旋圓極化的寬波束天線，使天線在俯仰面要求覆蓋空域范圍內(nèi)滿足增益要求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)左右旋圓極化。具有寬波束左右旋圓極化天線，
解決所述問題的技術(shù)方案是，一種左右旋雙圓極化寬波束天線，包括，天線接地板和單極子，其特征在于:按一定間隔排列在共金屬的天線接地板圓周上的四個(gè)單極子，共同圍繞一個(gè)圓心，以90°等圓周角均勻排列在共金屬的天線接地板上，四個(gè)單極子通過天線接地板底部天線輸入端口作為對應(yīng)的饋電端口，按0°、90°、180°、270°和0°、-90°、-180°、-270°四個(gè)象限分布饋電，同時(shí)實(shí)現(xiàn)左右旋圓極化，構(gòu)成一副具有寬波束的左右旋雙圓極化單極天線本發(fā)明具有如下有益效果。
[0004]本發(fā)明在利用傳統(tǒng)四臂螺旋天線的設(shè)計(jì)思想，將四臂螺旋替換為結(jié)構(gòu)簡單的4個(gè)單極子，單極子以一個(gè)同心圓的按90°等圓周角共金屬的接地板排列在圓周上，利用單極子之間的互藕效應(yīng)，通過調(diào)整單極子到同一圓心的間距來避免合成方向圖在頂點(diǎn)凹陷的形成，從而使得天線在俯仰面±75°覆蓋空域內(nèi)增益大于1.5dB° ;通過分別對四個(gè)單極子天線輸入端口進(jìn)行0°、90°、180°、270°和0°、-90°、-180°、-270°饋電，使天線同時(shí)實(shí)現(xiàn)左右旋圓極化。通過上述結(jié)構(gòu)布局和電氣等設(shè)計(jì)，使天線在同時(shí)實(shí)現(xiàn)左右旋圓極化的同時(shí)具有寬波束特性。
[0005]天線設(shè)計(jì)簡單可靠。在不增加額外復(fù)雜結(jié)構(gòu)的前提下，實(shí)現(xiàn)了寬波束和左右旋圓極化的功能。圖2中的4個(gè)單極子以一個(gè)同心圓的按90°等圓周角共金屬地板排列在圓周上，這種結(jié)構(gòu)簡單可行，易于加工實(shí)現(xiàn)。
[0006]本發(fā)明的所設(shè)計(jì)的天線正常工作需要滿足兩個(gè)條件，條件一是在俯仰面±75°覆蓋空域內(nèi)如何實(shí)現(xiàn)增益大于1.5dB ;條件二是如何同時(shí)實(shí)現(xiàn)左右旋圓極化。
[0007]本發(fā)明可以應(yīng)用于衛(wèi)星應(yīng)用終端接收設(shè)備平臺(tái)以及其他有類似性能要求的天線領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明寬波束左右旋雙圓極化天線的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1的俯視圖。
[0009]圖3是圖1的仰視圖。
[0010]圖中:1.單極子，2.單極子，3.單極子，4.單極子，5.單極子1的饋電端口，6.單極子2的饋電端口，7.單極子3的饋電端口，8.單極子4的饋電端口，9.天線地接板。
【具體實(shí)施方式】
[0011]參閱圖1、圖2。在以下描述的實(shí)施例中，一種左右旋雙圓極化寬波束天線，包括，天線接地板和單極子。按一定間隔排列在共金屬的天線接地板9圓周上的四個(gè)單極子，共同圍繞一個(gè)圓心，以90°等圓周角均勻排列在共金屬的天線接地板9上，四個(gè)單極子通過天線接地板底部天線輸入端口作為對應(yīng)的饋電端口，按0°、90°、180°、270°和0°、-90°、-180°、-270°四個(gè)象限分布饋電，同時(shí)實(shí)現(xiàn)左右旋圓極化，構(gòu)成一副具有寬波束的左右旋雙圓極化單極天線。單極子1、單極子2、單極子3、單極子4子以一個(gè)同心圓的形式陣列在圓周上。通過分別對四個(gè)單極子天線輸入端口進(jìn)行0°、90°、180°、270°和0°、-90°、-180°、-270°饋電，構(gòu)成一副具有寬波束的左右旋雙圓極化單極天線。調(diào)整單極子同一圓心的間距，即調(diào)整圓周半徑，可以避免合成方向圖在頂點(diǎn)凹陷的形成。分別對四個(gè)單極子天線輸入端口進(jìn)行0°、90°、180°、270°和0°、-90°、-180°、-270°饋電，從而獲得左右旋雙圓極化。
[0012]參閱圖3。四個(gè)單極子通過天線地接板底部天線輸入端口作為對應(yīng)的饋電端口，單極子1的饋電端口 5，單極子2的饋電端口 6，單極子3的饋電端口 7，單極子4的饋電端口8，按0°、90°、180°、270°和0°、-90°、-180°、-270°四個(gè)象限饋電，同時(shí)實(shí)現(xiàn)左右旋圓極化。寬波束左右旋雙圓極化天線的外形尺寸為Φ 40mmX 36mm，安裝于衛(wèi)星應(yīng)用終端接收設(shè)備平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)對衛(wèi)星通訊信號的有效接收。利用單極子組成后的互藕效應(yīng)和單極子到同一圓心的間距的調(diào)整使得該天線在俯仰面±75°覆蓋空域內(nèi)增益大于1.5dB°。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種左右旋雙圓極化寬波束天線，包括，天線接地板和單極子，其特征在于:按一定間隔排列在共金屬的天線接地板圓周上的四個(gè)單極子，共同圍繞一個(gè)圓心，以90°等圓周角均勻排列在共金屬的天線接地板上，四個(gè)單極子通過天線接地板底部天線輸入端口作為對應(yīng)的饋電端口，按0°、90°、180°、270°和0°、-90°、-180° ,-270°四個(gè)象限分布饋電，同時(shí)實(shí)現(xiàn)左右旋圓極化，構(gòu)成一副具有寬波束的左右旋雙圓極化單極天線。2.如權(quán)利要求1所述的左右旋雙圓極化寬波束天線，其特征在于，利用單極子組成后的互藕效應(yīng)和單極子到同一圓心的間距的調(diào)整使得該天線在俯仰面±75°覆蓋空域內(nèi)增益大于1.5dB° ο3.如權(quán)利要求1所述的左右旋雙圓極化寬波束天線，其特征在于，分別對四個(gè)單極子天線輸入端口進(jìn)行0°、90°、180°、270°和0°、-90°、-180°、-270°饋電，從而獲得左右旋雙圓極化。
【專利摘要】本發(fā)明提出的一種左右旋雙圓極化寬波束天線，旨在提供一種簡單可靠，在無需采用過于復(fù)雜結(jié)構(gòu)形式的前提下，實(shí)現(xiàn)寬波束左右旋雙圓極化天線。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：四個(gè)單極子天線共同圍繞一個(gè)圓心，以90°等圓周角均勻排列在共金屬的接地板上，四個(gè)單極子通過地接板底部天線輸入端口作為對應(yīng)的饋電端口，按0°、90°、180°、270°和0°、-90°、-180°、-270°四個(gè)象限分布饋電，分別對四個(gè)單極子天線輸入端口進(jìn)行0°、90°、180°、270°和0°、-90°、-180°、-270°饋電，構(gòu)成一副具有寬波束的左右旋雙圓極化單極天線。本發(fā)明利用單極子天線的寬波束特性和在一起組成陣列時(shí)的較強(qiáng)互藕效應(yīng)，通過調(diào)整單極子到圓心的間距來避免合成方向圖在頂點(diǎn)形成凹陷。
【IPC分類】H01Q5/50
【公開號】CN105428816
【申請?zhí)枴緾N201510786538
【發(fā)明人】何凌云, 張?jiān)? 任晞
【申請人】中國電子科技集團(tuán)公司第十研究所
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月16日