一種小型化共口徑雙頻圓極化天線的製作方法
2023-05-23 23:05:36
一種小型化共口徑雙頻圓極化天線的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種小型化共口徑雙頻圓極化天線，兩個頻段天線分別採用了環天線和縫隙加載的小型化手段，採用高頻天線設計在低頻天線內部的共口徑形式節省了天線所佔空間，並且採用單點饋電的方式通過微擾來實現圓極化波輻射。本發明工作在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的帶寬內軸比小於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的帶寬內軸比小於3dB。本發明具有結構形式簡單，尺寸小，剖面低，圓極化性能好等優點。
【專利說明】一種小型化共口徑雙頻圓極化天線
【技術領域】
[0001]本發明屬於無線通信系統中天線設計的【技術領域】，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。
【背景技術】
[0002]本世紀初，美國的GPS全球定位系統(Global Positioning System)向民用領域免費開放。經過十多年的發展，GPS已被廣泛地應用於軍事和民用領域。
[0003]我國導航定位技術的應用始於GPS衛星系統，2000年我國相繼成功發射了兩顆導航定位試驗衛星，自行組建了中國第I代衛星導航定位系統——北鬥導航定位系統(CNSS)，成為世界上第3個擁有自主衛星導航定位系統的國家。並且在第I代衛星導航系統的基礎上發展第2代衛星導航系統的研製並開始提供服務且不斷成熟，以滿足今後國家對衛星導航應用和長遠經濟發展的需求。目前北鬥導航定位系統已經進入了密集組網的階段，已經有十三顆在軌運行的導航衛星，初步建成了覆蓋亞太地區的北鬥衛星導航系統。目前開放的北鬥系統上行L頻段中心頻率為1618MHz，下行S頻段中心頻率為2491MHz。隨著北鬥導航定位系統的逐漸成熟，各種各樣基於北鬥的應用終端將會應運而生。而天線作為北鬥終端的「耳目」，它要求必須能夠覆蓋上行和下行兩個頻段，而且要求均為圓極化。除此之外，為了節省北鬥終端機的體積，而對北鬥終端的天線提出了更高的要求，即儘可能的小型化。因此小型化的雙頻圓極化天線設計就顯得越來越重要。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於提供一種工作於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，因此考慮採用共口徑的技術來實現，將兩個頻段的天線在同一個口徑下完成設計。同時兩個頻段天線都分別採用小型化的技術以進一步縮小天線尺寸。除此之外，在實現圓極化方面也都採用了單饋的方式，在節省了功分饋電網絡的同時也使天線結構變得簡單。該發明具有結構形式簡單，尺寸小，剖面低，圓極化性能好等優點。
[0005]傳統的雙頻圓極化天線多採用多層的堆棧結構，而且尺寸較大。本發明採用共口徑技術將兩個頻段天線共用一個口徑並且設計在一層上，避免了多層的堆棧結構。同時低頻天線採用方形環天線的形式，高頻天線採用縫隙加載的方形貼片，其尺寸也比傳統的天線形式大大縮小。
[0006]本文所發明的小型化共口徑雙頻圓極化天線由饋電探針、金屬地板、介質基片、輻射貼片和耦合貼片組成。低頻輻射貼片採用方形環天線的形式，低頻輻射貼片採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的耦合貼片進行耦合饋電。高頻輻射貼片採用縫隙加載是為了增加表面電流路徑從而使天線小型化。高頻輻射貼片產生圓極化採用切角微擾的形式，低頻輻射貼片則採用小方形微擾。而高頻和低頻天線的匹配通過饋電點位置來調節，圓極化的性能則通過微擾的大小來調節。與普通的雙頻圓極化天線相比該天線具有以下優佔-
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[0007](I)採用共口徑的形式，使得天線所佔空間大幅減小。
[0008](2)採用單饋方式實現圓極化，避免使用功分饋電網絡。
[0009](3)採用單層微帶的形式，使得結構簡單，加工方便。
[0010](4)採用耦合饋電的形式，有效解決了環天線阻抗匹配難的問題。
[0011](5)通過優化設計，獲得了良好的軸比性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是本發明結構的俯視圖；
[0013]其中I是介質基板、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是本發明結構的主視圖；
[0015]圖3是天線的低頻反射係數曲線圖；
[0016]圖4是天線的高頻反射係數曲線圖；
`[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。
【具體實施方式】
[0023]參照圖1，本發明的小型化共口徑雙頻圓極化天線由介質基板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]本發明工作於L頻段和S頻段，中心頻率分別為1617MHz和2491MHz，兩個頻段的天線分別由兩個同軸探針進行饋電。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，通過耦合貼片對低頻輻射貼片進行激勵。高頻和低頻同軸探針都可以通過調節其偏離中心的位置來進行阻抗匹配。低頻輻射貼片採用方形環的形式，環形天線的尺寸比傳統微帶天線尺寸有明顯縮小，同時給高頻輻射貼片預留了空間，使共口徑得以實現。在方形環的其中一個對角設計一對小方形，對環上的電流進行微擾。通過合理的設計小方形的大小，可以使方環上產生兩個正交的模式，從而形成圓極化波輻射。高頻輻射貼片採用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對角進行切角處理，使貼片上的電流產生微擾。通過合理設計切角的大小，可以使貼片上產生兩個正交的模式，從而形成圓極化波輻射。
[0025]根據以上的基本原理，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65°範圍內軸比小於5dB，在6MHz的帶寬內軸比小於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90°範圍內軸比小於3dB，在17MHz的帶寬內軸比小於3dB。該天線在兩個工作頻段內S11均小於-10dB。
[0026]以上，向熟悉本【技術領域】的人員提供本發明的描述以使他們易於理解與運用本發明。對於熟悉本【技術領域】的人員，對這些實施的各種變更是顯而易見的，而無需創造性的勞動。因此，本發明並不僅限定在這裡所述的方案，而是與所述的權利要求一致的範圍。
【權利要求】
1.一種小型化共口徑雙頻圓極化天線，包括介質基板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.根據權利要求1所述的小型化共口徑雙頻圓極化天線，其特徵在於，低頻輻射貼片採用方環形結構，使低頻天線實現了小型化，同時還給高頻輻射單元預留了空間。
3.根據權利要求1所述的小型化共口徑雙頻圓極化天線，其特徵在於，高頻單元的L形縫隙加載實現了高頻輻射貼片的小型化。
4.根據權利要求1所述的小型化共口徑雙頻圓極化天線，其特徵在於，高頻輻射貼片放在低頻輻射貼片內部，實現了兩個頻段天線共口徑，節省了天線所佔空間。
5.根據權利要求1所述的小型化共口徑雙頻圓極化天線，其特徵在於，高頻輻射單元通過同軸探針的位置來實現阻抗匹配，低頻輻射貼片通過耦合貼片饋電和同軸探針的位置來實現阻抗匹配。
6.根據權利要求1所述的小型化共口徑雙頻圓極化天線，其特徵在於，通過低頻單元的小方形和高頻單元的切角實現了圓極化波輻射。
【文檔編號】H01Q21/24GK103682601SQ201210315678
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年8月31日 優先權日:2012年8月31日
【發明者】楊峰, 張銀, 李巖, 郭智, 歐陽駿, 楊鵬 申請人:電子科技大學