小尺寸低仰角全向輻射雙圓極化天線的製作方法

2023-05-21 04:52:41

本發明涉及圓極化天線，尤其是一種小尺寸低仰角全向輻射圓極化天線。

背景技術：

隨著衛星技術通信與定位技術的發展，人們對圓極化天線需求越來越大。由於微帶圓極化天線具有饋電簡單，易加工，剖面低等優點，往往被用於車載衛星通信系統。但是傳統的微帶圓極化天線其輻射方向都是軸向方向，也就是垂直於水平面的，但是在高緯度地區，這樣的輻射方向圖不利於接收衛星信號。因此需要設計具有低仰角全向輻射輻射特性的圓極化天線。

申請號為201410767546.x的專利公開的一個天線，包括水平極化偶極子天線陣、垂直極化單極子天線和功分網絡，四個水平極化的微帶偶極子天線以正方形基板為中心，分布在正方形基板的四個邊方向上，水平極化天線陣與垂直極化天線通過功分網絡連接。功分網絡具有90°相差，使得水平極化天線陣與垂直極化天線組合產生圓極化輻射。該發明天線尺寸為0.58λ×0.58λ×0.25λ，λ為中心頻率對應的真空中波長。該發明實現了全向輻射特性，但是天線尺寸較大，不適用於車載系統等對天線尺寸具有嚴格限制的應用。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是：針對上述存在的問題，提供一種小型化的低仰角全向輻射雙圓極化天線。

本發明採用的技術方案如下：

小尺寸低仰角全向輻射雙圓極化天線，由下至上依次包括金屬地板、金屬微帶饋電結構、金屬微帶貼片和位於所述結構之間的介質板，所述介質板設置有連接所述金屬微帶貼片和所述金屬微帶饋電結構的金屬化孔，其特徵在於，所述金屬微帶貼片設置開槽和縫隙；所述金屬微帶饋電結構設置有正交混合電橋。

進一步地，所述正交混合電橋包括兩個輸入埠和兩個饋電埠，所述饋電埠到任一所述輸入埠的路徑長度相差1/4波長，所述波長為中心頻率對應的波長。

進一步地，所述金屬微帶貼片設置有以金屬微帶貼片邊緣為起點縫隙。

進一步地，所述金屬微帶貼片設置有以凹槽邊緣為起點縫隙。

綜上所述，由於採用了上述技術方案，本發明的有益效果是：金屬微帶貼片設置有開槽和縫隙，切斷了原先金屬微帶貼片表面電流路徑，使電流繞開槽邊緣和縫隙邊緣流過的路徑變長，在天線等效電路中相當於引入級聯電路，開槽和縫隙的設計可以有效減少天線的尺寸；採用正交混合電橋饋電，實現天線的雙圓極化特性，天線能工作在左旋和右旋圓極化狀態，使得天線能夠適應更多的使用環境，增加了天線的通用性；同時該天線結構簡單、易於加工。

附圖說明

本發明將通過例子並參照附圖的方式說明，其中：

圖1為本發明實施例提供的圓極化天線的側視圖。

其中1-金屬微帶貼片、2-介質板(1)、3-金屬微帶饋電結構、4-介質板(2)、5-金屬地板

圖2為本發明實施例提供的金屬微帶貼片示意圖。

其中，6-開槽、7-以金屬微帶貼片邊緣為起點的縫隙、8-以開槽邊緣為起點的縫隙

圖3為本發明實施例提供的金屬微帶饋電結構示意圖。

其中，9(1)-輸入埠、9(2)-輸入埠、10(1)-饋電埠、10(2)-饋電埠

具體實施方式

本說明書中公開的所有特徵，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特徵和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

本說明書中公開的任一特徵，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特徵加以替換。即，除非特別敘述，每個特徵只是一系列等效或類似特徵中的一個例子而已。

圖1為本發明實施例提供的圓極化天線的側視圖，如圖1所示，小尺寸低仰角全向輻射雙圓極化天線，由下至上依次包括金屬地板、金屬微帶饋電結構、金屬微帶貼片和位於所述結構之間的介質板，所述介質板設置有連接所述金屬微帶貼片和所述金屬微帶饋電結構的金屬化孔，其特徵在於，所述金屬微帶貼片設置開槽和縫隙；所述金屬微帶饋電結構設置有正交混合電橋。

所述天線採用微帶天線形式，使得天線具有很低的剖面高度。

圖3為本發明實施例提供的金屬微帶饋電結構示意圖。如圖3所示，所述正交混合電橋包括兩個輸入埠9(1)、9(2)和兩個饋電埠10(1)、10(2)，所述饋電埠10(1)、10(2)到任一所述輸入埠的路徑長度相差1/4波長，所述波長為中心頻率對應的波長。兩饋電埠10(1)、10(2)對微帶天線進行饋電，饋電埠10(1)、10(2)到任一所述輸入埠的路徑長度相差1/4波長，饋電埠10(1)、10(2)輸出的信號有90°的相位差。

所述正交混合電橋是一種直通臂和耦合臂具有90°相位差的3db定向耦合器。信號從輸入埠9(1)輸入時，輸入信號的功率在饋電埠10(1)、10(2)間平分，饋電埠10(2)到輸入埠9(1)的路徑長度比饋電埠10(1)到輸入埠9(1)的路徑長度長1/4波長，所述波長為中心頻率對應的波長，饋電埠10(2)比饋電埠10(1)相位滯後90°，輸入埠9(2)用作隔離埠；信號從輸入埠9(2)輸入時，輸入信號的功率在饋電埠10(1)、10(2)間平分，饋電埠10(1)到輸入埠9(2)的路徑長度比饋電埠10(2)到輸入埠9(2)的路徑長度長1/4波長，所述波長為中心頻率對應的波長，饋電埠10(1)比饋電埠10(2)相位滯後90°，輸入埠9(1)用作隔離埠。用作隔離埠的所述輸入埠連接匹配負載實現天線的左旋圓極化或右旋圓極化。

圖2為本發明實施例提供的金屬微帶貼片示意圖，如圖2所示，所述金屬微帶貼片1設置有以金屬微帶貼片1邊緣為起點縫隙7和以開槽6邊緣為起點的縫隙8，以所述金屬微帶貼片1邊緣為起點的縫隙7關於所述金屬微帶貼片1的圓心中心對稱，以所述開槽6邊緣為起點的縫隙8關於所述金屬微帶貼片1的圓心中心對稱。優化地，所述開槽6為圓形開槽。開槽和縫隙的設計切斷了原先金屬微帶貼片表面電流路徑，使電流繞開槽邊緣和縫隙邊緣流過的路徑變長，在天線等效電路中相當於引入級聯電路，開槽和縫隙的設計可以有效減少天線的尺寸。

本發明天線形成水平全向輻射的原理：圓形微帶天線的諧振頻率可以表示為

其中c代表光速，εr代表相對介電常數，ae代表圓形貼片的有效半徑，xmn代表第m次零階貝塞爾函數，n代表角波模，m代表輻射模式。

圓形微帶天線在球坐標中的遠區場表示為

eθn(φ，θ)＝jncosnφ[jn+1(k0αsinθ)-jn-1(k0αsinθ)]

eφn(φ，θ)＝jncosθsinnφ[jn+1(k0αsinθ)+jn-1(k0αsinθ)]

從表達式可知，tm21模的最大輻射方向在45°附近，符合我們需要的低仰角特性，為了激勵tm21模式，以所述金屬微帶饋電結構圓心為頂點經過所述饋電埠的夾角的大小為135°。

優化地，所述兩個微帶線支路的末端通過金屬化孔與所述金屬微帶貼片相連，即所述饋電埠設置在所述金屬微帶饋電結構的金屬化孔處。

本發明並不局限於前述的具體實施方式。本發明擴展到任何在本說明書中披露的新特徵或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。