一種三頻一體化天線的製作方法

2023-08-10 10:49:01 2

專利名稱：一種三頻一體化天線的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種天線，特別是一種三頻一體化天線。
背景技術：
隨著泛星測量技術的發展，要求天線能工作在寬頻帶甚至多個頻段，以接收或發射不同頻段的信號，同時在限定的口徑內，對天線的尺寸、重量方面等通常都提出了比較苛刻的要求，並且為了保證測量精度，還要求天線具有較高的相位中心穩定度。因此，高性能、結構緊湊的三頻或多頻天線技術已成為當前急需解決的問題。而目前的三頻或多頻天線一般採用基於介質加載的微帶疊層天線，如專利「一種三頻圓極化層疊微帶天線」(申請號CN201020274629. 2)，以及專利「一種三頻雙圓極化 GPS微帶貼片天線的設計」(申請號CN200710099068. X)，這類天線在滿足多頻段工作需求情況下，減小了天線體積且降低了成本，但是這類天線輻射效率較低，各頻點間互耦嚴重，調試困難，同時由於採用探針直接饋電，每個頻帶覆蓋帶寬較窄，並且相位中心穩定性較差。而專利「平面三頻天線」(申請號CN200620068895. 3)及專利「新型三頻平面倒F天線」(申請號CN200910199589. I)採用的是平面微帶開槽、增加寄生單元的形式，也能夠耦合出多個頻率，但這類天線一般只能輻射線極化電磁波，而且在UHF頻段時所佔安裝面積很大。同時，上述的三頻或多頻天線一般採用微波介質材料作為基板，其介電常數對天線性能影響較大，並且在空間冷熱交變的環境下，金屬覆銅與微波介質板問可能出現翹起脫落等現象，可靠性較低，不適合做為星載天線。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種三頻一體化的天線，該天線具有較高的相位中心穩定度、可覆蓋UHF、L和S頻段、結構緊湊、尺寸小、能夠滿足星載或機載要求。一種三頻一體化天線，包括反射腔、支撐柱、輻射上貼片、輻射下貼片、多個金屬套筒饋電探針、L\S饋電網絡、多根螺旋線、支撐套筒、饋電連接部分、UHF饋電網絡、天線底座、L\S電連接器及UHF電連接器；反射腔是一個底面封閉的金屬空心圓柱體或圓錐體，金屬支撐柱安裝在反射腔的內腔底面圓心位置，多個金屬套筒饋電探針安裝在反射腔的內腔底面上且均勻分布在同一圓周上；輻射上貼片、輻射下貼片分別安裝在金屬支撐柱上；每個金屬套筒饋電探針一端與輻射下貼片相連，另一端與L\S饋電網絡的輸出埠相連；L\S電連接器與L\S饋電網絡的輸入埠相連；反射腔安裝於支撐套筒上；多根螺旋線繞於支撐套筒上，每根螺旋線的頂端安裝於反射腔上，每根螺旋線的底端通過饋電連接部分與UHF饋電網絡的輸出埠相連；UHF饋電網絡的輸入埠與UHF電連接器相連；支撐套筒固定於底座上，UHF饋電網絡安裝於底座內部。輻射上貼片為圓形金屬片，輻射上貼片與支撐柱同心；輻射下貼片為圓形金屬片，輻射下貼片與支撐柱同心。所述天線還包括阻抗調配支，饋電連接部分通過阻抗調配支與底座(12)相連。
支撐套筒採用蜂窩結構。所述多個金屬套筒饋電探針為4個。所述多根螺旋線為4個。所述L\S饋電網絡為帶狀線一分四網絡功分器，包括I個L\S饋電網絡的輸入埠和4個L\S饋電網絡的輸出埠，各輸出埠相位依次相差90度。所述UHF饋電網絡為矩形同軸一分四環形功分器，包括I個UHF饋電網絡的輸入埠和4個UHF饋電網絡的輸出埠，各輸出埠相位依次相差90度。每個金屬套筒饋電探針包括探針、絕緣子和金屬套筒，探針和金屬套筒通過絕緣子進行隔離，探針和金屬套筒之間形成耦合電容。所述探針與所述輻射下貼片固定連接，所述金屬套筒與L\S饋電網絡的輸出埠相接觸。本發明與現有技術相比的優點在於(I)本發明採用金屬套筒饋電探針對輻射下貼片進行耦合饋電，與傳統探針直接連接饋電相比，由於金屬套筒饋電探針的電容耦合作用，改善了輸入埠的阻抗特性，使其 能夠覆蓋L和S頻段；(2)本發明通過多點耦合饋電形式形成圓極化，與現有的一點自圓極化和兩點饋電形成圓極化相比，多點饋電形式結構對稱，能夠有效抑制非對稱饋電結構帶來的不必要的高次模式，提高天線單元傳輸主模的純度，在拓展天線單元匹配特性的同時，有效改善天線單元在寬角域範圍內的輻射特性，提高天線單元在寬角域範圍內的軸比特性及相位中心穩定性((2mm)；(3)本發明採用上下結構形式使天線結構更為緊湊，尺寸能減小到Φ 180mmX 230mm,相比傳統三頻天線尺寸減少40%以上，同時採用這種結構可以使天線在各頻段性能最優，並互不影響，便於獨立調試。


圖I為本發明的天線整體結構示意圖；圖2為本發明的金屬套筒饋電探針布局示意圖；圖3為本發明的金屬套筒饋電探針剖面示意圖；圖4為本發明的L/S饋電網絡布線示意圖，其中圖4a是正面示意圖，圖4b是反面示意圖；圖5為本發明的L/S饋電網絡裝配示意圖；圖6為本發明的饋電連接部分的放大圖；圖7為本發明的饋電連接部分與螺旋線連接示意圖；圖8為本發明的UHF饋電網絡布線示意圖；圖9為本發明的含介質支撐塊的饋電網絡分解結構示意圖。
具體實施例方式本發明的天線具有相位中心穩定度高、多頻段覆蓋、尺寸小、重量輕、圓極化的特點，適用於多頻星載高精度測量系統，也可以作為機載天線使用。
如圖I所示，本發明的三頻一體化天線，包括反射腔I、金屬支撐柱2、輻射上貼片3、輻射下貼片4、多個金屬套筒饋電探針5、L\S饋電網絡6、多根螺旋線7、支撐套筒8、饋電連接部分9、UHF饋電網絡11、天線底座12、L\S電連接器13及UHF電連接器14。反射腔I是一個底面封閉的金屬空心圓柱體，反射腔I也可以為圓形碗狀結構。金屬支撐柱2安裝在反射腔I的內腔底面圓心位置，多個金屬套筒饋電探針5垂直安裝在反射腔I的內腔底面上且均勻分布在同一圓周上；輻射上貼片3、輻射下貼片4分別安裝在金屬支撐柱2上；每個金屬套筒饋電探針5 —端與輻射下貼片4相連，另一端與L\S饋電網絡6的輸出埠相連；反射腔I安裝於支撐套筒8上；多根螺旋線7繞於支撐套筒8上，每根螺旋線7的頂端安裝於反射腔I上，每根螺旋線7的底端通過饋電連接部分9與UHF饋電網絡11的輸出埠相連；支撐套筒8固定於底座12上，UHF饋電網絡11安裝於底座12內部。如圖I所示，多根螺旋線7優選為四根螺旋線，環繞圈數均為1/2圈，四根螺旋線7可通過切割銅板加工成銅條。支撐套筒8起到對四根螺旋線7的支撐和加固作用。支撐套筒8採用蜂窩結構，其重量輕，且結構強度高，剛度好，可滿足星載使用環境。所述L\S饋電網絡6，L\S電連接器既可以在L頻段工作，也能在S頻段工作，也就是能夠同時覆蓋L、S頻段。如圖2所示，多個金屬套筒饋電探針5優選為四個，每個金屬套筒饋電探針5安裝 在反射腔I的內腔底面上且以反射腔I的內腔底面圓心為圓心，均勻分布在同一圓周上，每個金屬套筒饋電探針5 —端與輻射下貼片4相連，另一端與L\S饋電網絡6的輸出埠6a-6d相連(如圖5所示)。如圖3所示,每個金屬套筒饋電探針5包括探針5a、絕緣子5b和金屬套筒5c,探針5a和金屬套筒5c通過絕緣子進行隔離，兩者之間形成耦合電容。探針5a與輻射下貼片4相連，金屬套筒5c與L\S饋電網絡6的輸出埠相接觸(如圖5所示)。與傳統探針直接連接饋電網絡相比，由於套筒形金屬饋電探針的電容耦合作用，改善了輸入埠的阻抗特性，增加天線的頻率覆蓋範圍。如圖4所示，所述L\S饋電網絡6採用帶狀線一分四網絡功分器，且各埠相位依次相差90度。L\S饋電網絡6包括輸入埠 6in，和輸出埠 6a-6d。如圖5所示，輸出埠 6a-6d分別與4個金屬套筒饋電探針5c相連。L\S饋電網絡6通過螺釘安裝於反射腔I底部。如圖6、7所示，饋電連接部分9包括垂直金屬柱及水平金屬杆，水平金屬杆的一端9b通過螺釘與螺旋線7底端相連，垂直金屬柱的一端通過螺釘與水平金屬杆固定連接，垂直金屬柱的另一端9a與UHF饋電網絡11的輸出埠處相連接。另外，將饋電連接部分9的水平金屬杆延長，阻抗調配支10的一端通過螺釘與水平金屬杆的延長端固定連接，阻抗調配支10的另一端與底座12相接觸。阻抗調配支10的功能是將螺旋線諧振時、饋電連接部分9的輸入阻抗調節至50歐姆，以實現UHF饋電網絡輸出埠的匹配端接。另外，在螺旋線饋電點附近增加阻抗調配支10，將螺旋線諧振輸入阻抗調整到50歐姆，從而使螺旋線與饋電網絡能夠分開進行單獨的測試，易於對天線性能進行調整。如圖8、9所示，UHF饋電網絡為矩形同軸一分四環形功分器，採用空氣介質矩形同軸線形式，內導體Iln和外導體之間採用多個介質塊Ilj進行支撐和固定，其中外導體由底座12開槽形成(如圖9的下半部分)，在內導體Iln上形成I個UHF饋電網絡的輸入埠llin，和4個UHF饋電網絡的輸出埠 11a、lib、11c、Ild ;內導體和外導體通過介質塊Ilj間隔開。UHF饋電網絡採用空氣介質矩形同軸線形式，傳輸損耗小，且可以通過全機械的結構實現，避免了微帶形式饋電網絡在冷熱交變環境下可能出現的隱患，可靠性高，適用於星載環境。本發明的工作原理如下金屬套筒饋電探針5、L\S饋電網絡6、上輻射片3、下輻射片4、反射腔I、及L\S電連接器13組成L、S頻段輻射單元。L、S頻段輻射單元通過金屬套筒饋電探針5四點耦合饋電，並且在同一圓周上均勻分布；金屬套筒饋電探針5與L\S饋電網絡6直接連接，下輻射片4通過金屬套筒饋電探針5耦合饋電，上輻射片3通過下輻射片5耦合饋電，中間靠金屬柱支撐。多根螺旋線7、支撐套筒8、饋電連接部分9、UHF饋電網絡11、天線底座12、及UHF電連接器14組成UHF頻段輻射單元。L或S頻段射頻信號經過L\S電連接器13進入到L\S饋電網絡6，然後通過四個金屬套筒饋電探針5在輻射上貼片 3、輻射下貼片4激勵出高頻電流，從而輻射出電磁波；而UHF頻段射頻信號經過UHF電連接器14進入到UHF饋電網絡11，通過饋電連接部分9在四根螺旋線7激勵出高頻電流，從而輻射出電磁波。本發明的天線接收電磁波的過程與上述輻射電磁波的過程相反。總之，本發明性能優越，結構及工藝簡單可靠，可覆蓋UHF、L和S頻段，具有較寬的波束覆蓋及較高的相位中心穩定，軸比性能優異。
權利要求
1.一種三頻一體化天線，其特徵在於包括反射腔(I)、支撐柱(2)、輻射上貼片(3)、輻射下貼片(4)、多個金屬套筒饋電探針(5)、L\S饋電網絡￠)、多根螺旋線(7)、支撐套筒(8)、饋電連接部分(9)、UHF饋電網絡(11)、天線底座(12)、L\S電連接器(13)及UHF電連接器(14);反射腔(I)是一個底面封閉的金屬空心圓柱體或圓錐體，金屬支撐柱(2)安裝在反射腔(I)的內腔底面圓心位置，多個金屬套筒饋電探針(5)安裝在反射腔(I)的內腔底面上且均勻分布在同一圓周上；輻射上貼片(3)、輻射下貼片(4)分別安裝在金屬支撐柱(2)上；每個金屬套筒饋電探針(5) —端與輻射下貼片相連，另一端與L\S饋電網絡(6)的輸出埠相連；L\S電連接器(13)與L\S饋電網絡(6)的輸入埠相連；反射腔⑴安裝於支撐套筒(8)上；多根螺旋線(7)繞於支撐套筒(8)上，每根螺旋線(7)的頂端安裝於反射腔⑴上，每根螺旋線⑵的底端通過饋電連接部分(9)與UHF饋電網絡(11)的輸出埠相連；UHF饋電網絡(11)的輸入埠與UHF電連接器(14)相連；支撐套筒⑶固定於底座(12)上，UHF饋電網絡(11)安裝於底座(12)內部。
2.根據權利要求I所述的三頻一體化天線，其特徵在於輻射上貼片(3)為圓形金屬片，輻射上貼片(3)與支撐柱(2)同心；輻射下貼片(4)為圓形金屬片，輻射下貼片(4)與支撐柱⑵同心。
3.根據權利要求I所述的三頻一體化天線，其特徵在於所述天線還包括阻抗調配支(10)，饋電連接部分(9)通過阻抗調配支(10)與底座(12)相連。
4.根據權利要求I所述的三頻一體化天線，其特徵在於支撐套筒(8)採用蜂窩結構。
5.根據權利要求I至4任一權利要求所述的三頻一體化天線，其特徵在於所述多個金屬套筒饋電探針(5)為4個。
6.根據權利要求I至4任一權利要求所述的三頻一體化天線，其特徵在於所述多根螺旋線(7)為4個。
7.根據權利要求5所述的三頻一體化天線，其特徵在於所述L\S饋電網絡(6)為帶狀線一分四網絡功分器，包括I個L\S饋電網絡的輸入埠和4個L\S饋電網絡的輸出埠，各輸出埠相位依次相差90度。
8.根據權利要求6所述的三頻一體化天線，其特徵在於所述UHF饋電網絡(11)為矩形同軸一分四環形功分器，包括I個UHF饋電網絡的輸入埠和4個UHF饋電網絡的輸出埠，各輸出埠相位依次相差90度。
9.根據權利要求I至8任一權利要求所述的三頻一體化天線，其特徵在於每個金屬套筒饋電探針(5)包括探針(5a)、絕緣子(5b)和金屬套筒(5c)，探針(5a)和金屬套筒(5c)通過絕緣子(5b)進行隔離，探針(5a)和金屬套筒(5c)之間形成耦合電容。
10.根據權利要求9所述的三頻一體化天線，其特徵在於所述探針(5a)與所述輻射下貼片(4)固定連接，所述金屬套筒(5c)與L\S饋電網絡(6)的輸出埠相接觸。
全文摘要
本發明公開了一種三頻一體化天線，該天線由L、S輻射單元和UHF輻射單元兩大部分組成。其中L、S輻射單元包含多個金屬套筒饋電探針、L\S饋電網絡、上下輻射片及反射腔。UHF輻射單元包含多個螺旋線、支撐套筒、饋電連接部分、UHF饋電網絡和底座；螺旋線繞於支撐套筒上，螺旋線的底端通過饋電連接部分與UHF饋電網絡輸出埠相連；UHF饋電網絡安裝於底座內部。本發明的天線具有較高的相位中心穩定度、可覆蓋UHF、L和S頻段，結構緊湊、尺寸小、能夠滿足星載或機載要求。
文檔編號H01Q21/30GK102891374SQ20121029486
公開日2013年1月23日 申請日期2012年8月17日 優先權日2012年8月17日
發明者柯炳清, 王昕 , 尹建勇, 李時良, 李景貴 申請人:航天恆星科技有限公司