CN104300203A - 一种l波段微带馈电缝隙辐射的圆极化微带贴片天线 - Google Patents

Abstract

本发明设计一种L波段微带馈电缝隙辐射的圆极化微带贴片天线，属于天线工程领域，其特征在于：包括金属反射板(1)，微带线(2)给接地金属板上的缝隙(3)馈电，寄生贴片(4)，以及介质板(5)和(6)。本发明是一种通过旋转贴片角度及利用缝隙耦合的方法来实现圆极化的L波段微带贴片天线。该天线设计新颖巧妙，整体尺寸轻、小，移动方便，增益较高满足组成阵列后与卫星进行通信，且结构紧凑，易于加工，使得本发明具有很高的市场潜力。

Description

一种L波段微带馈电缝隙辐射的圆极化微带贴片天线

技术领域

本发明属于天线工程技术领域，具体来说是一种卫星地面站天线。

背景技术

地面站天线的分类一般分为两类：一种是全向天线；另一种是定向天线，即移动卫星通信地面站天线的主流天线。

通信地面站全向天线中可以分为以下几种形式：第一种是微带天线。经在空间和相位上均相差90°的信号激励的圆形微带天线，可以实现旋转对称性良好的圆极化辐射方向图，通过两个圆形贴片形成的双层微带天线来实现宽带和双频。第二种是交叉缝隙天线，它可以实现圆极化宽波束方向图，这种天线是通过腔体顶部交叉的缝隙实现辐射的。第三种天线形式是交叉下垂振子天线，它通过在相互正交的对称振子上激励等幅、相位差为90°的信号实现圆极化的，这种天线可以通过改变振子臂的形状来改善其波束及轴比。第四种天线是辐射原理类似于第三种的谐振式四臂螺旋天线。这类天线通过将其振子臂等同地绕成螺旋状，调节其物理尺寸来提高电气性能。由于这种天线的工作频带窄，且不易展宽，之后通过改进其结构及馈电方式，设计了八臂螺旋天线。其不仅具有四臂螺旋天线的优点而且还能实现宽频带及双频特性。

而对于定向天线来说，也可以分为四类：第一类机械扫描天线，它是通过在改变天线阵的位置，来使天线的主瓣波束与通信卫星对准，它通过控制步进电机来实现波束跟踪的，这类天线结构简单、成本低，但其跟踪速度慢，可靠性低且天线剖面高。之后为了解决跟踪速度慢的问题，出现了用电扫描来代替机械扫描的第二类定向天线——波束切换天线。但这类天线增益偏低，且在一定程度上存在波束覆盖盲区。第三类就是软件天线，这类天线是将微波信号通过一些方法转换成数字基带信号，然后进行处理形成所需波束。但这类天线设计技术不够成熟，且设备复杂。第四类就是相控阵天线，这类天线是最早用于军用雷达的，其具有良好的电气性能、跟踪速度快、可靠性高且易于载体共形安装等优势。

本发明所使用的是缝隙耦合微带天线结构，这种结构采用了一种新馈电方式：耦合馈电。其机理是通过微带线与金属接地板上开槽间的电磁耦合进行馈电。这种天线有两个突出的优点，第一，对于传统的同轴探针式馈电，在贴片与馈电线之间必需要进行焊接，而缝隙耦合方式则避免了由于焊接引起的天线性能的恶化，对于大型微带天线阵这种馈电形式是较有利的。第二，缝隙耦合的微带结构避免在基片上打孔，便于加工。

发明内容

本发明设计了一种通过旋转贴片角度及利用缝隙耦合的方法来实现圆极化的L波段微带贴片天线。该天线设计新颖巧妙，整体尺寸轻、小，移动方便，增益较高满足组成阵列后与卫星进行通信，且结构紧凑，易于加工，使得本发明具有很高的市场潜力。

附图说明：

图1为本发明-L波段缝隙耦合馈电的圆极化贴片天线的前视三维图

图2为本发明-L波段缝隙耦合馈电的圆极化贴片天线的三视图

图3为本发明-L波段缝隙耦合馈电的圆极化贴片天线驻波系数VSWR

图4为本发明-L波段缝隙耦合馈电的圆极化贴片天线在直角坐标系下的方位面(H面)和俯仰面(E面)方向图

图5为本发明-L波段缝隙耦合馈电的圆极化贴片天线的轴比方向图

图6为本发明-L波段缝隙耦合馈电的圆极化贴片天线组成的天线阵的前视图

图7为本发明-L波段缝隙耦合馈电的圆极化贴片天线组成的天线阵的各端口驻波系数VSWR

图8为本发明-L波段缝隙耦合馈电的圆极化贴片天线组成的天线阵的中心频点方向图特性

图9为本发明-L波段缝隙耦合馈电的圆极化贴片天线组成的天线阵的中心频点轴比特性

具体实施方案

图1和2描述了本发明的具体实施方案。依图1和2所示，本天线阵的单元天线包括金属反射板(1)、微带线(2)给接地金属板(7)上的缝隙(3)馈电、寄生贴片(4)，以及介质板(5)和(6)。

微带贴片天线的两介质板基板的尺寸为120mm×90mm×1mm，介质基板介电常数为2.55，接地金属板和金属反射板的尺寸为120mm×90mm。寄生贴片尺寸为65.3mm×47.4mm，沿着水平逆时针旋转角度为27°，两层介质板间距离为20mm，用于馈电的微带线的尺寸为158.98mm×4.1mm接地板开缝尺寸为52.8mm×2.45mm，馈电微带线末端距缝隙中心7.8mm。本发明采用微带线馈电的方式给微带贴片天线馈电，由于是缝隙辐射，而且要求天线只是单向辐射，所以在接地金属板后面加一个反射用的金属板，保证天线单向辐射的特性，为了展宽带宽，我们采用添加寄生贴片的方法。

我们采用了Ansoft公司的HFSS三维电磁仿真软件对本发明进行了仿真。

图3是关于该天线的驻波系数(VSWR)曲线图。由图上可以看到，在需要的频带范围内，天线输入端口匹配良好，其输入驻波系数VSWR＜1.06。

图4是绘制于直角坐标系下的天线的方位面(H面)及俯仰面(E面)方向图，其中俯仰面面是方位面面是我们选取了中心频率这个频点进行考察。可以发现本发明的增益达到了9dB以上。

图5是关于该天线的轴比特性，由图中可知，两个平面在主瓣宽度范围内轴比特性均小于4dB，符合圆极化特性。

图6是该天线组成的7*16个单元的平面阵。

图7是阵列天线中各端口的驻波系数曲线，由图上可以看出，在需要的频带范围内天线的驻波系数都小于1.26。

图8图9表示中心频点天线的增益为28.42dB，副瓣为-18.9dB，方位面主瓣宽度约为6.12°与俯仰面主瓣宽度为7.37°，其轴比特性在主瓣宽度范围内小于2.65dB。

本发明组成的阵列天线，天线各项指标较好，而且结构紧凑，易于加工且具有高度可设计性，因此有着很强的实用性和竞争力。

以上是向熟悉本发明领域的工程技术人员提供的对本发明及其实施方案的描述，这些描述应被视为是说明性的，而非限定性的。工程技术人员可据此发明权利要求书中的思想做具体的操作实施，自然也可以据以上所述对实施方案做一系列的变更。而且，本发明并不局限于L频段，本发明的结构自然可以移植到其它不同的频段的微带贴片天线。上述这些都应被视为本发明的涉及范围。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种L波段微带馈电缝隙辐射的圆极化微带贴片天线，其特征在于：包括金属反射板(1)，微带线(2)给接地金属板(7)上的缝隙(3)馈电，寄生贴片(4)，以及介质板(5)和(6)，整个微带贴片天线结构紧凑简单，易于加工。

2.根据权利要求1所述的一种L波段微带馈电缝隙辐射的圆极化微带贴片天线，金属反射板的作用是让微带贴片天线单向辐射。

3.根据权利要求1所述的一种L波段微带馈电缝隙辐射的圆极化微带贴片天线，带宽的展宽可以通过添加寄生贴片(4)来实现，寄生贴片(4)位于缝隙(3)前向20mm处。

4.根据权利要求1所述的一种L波段微带馈电缝隙辐射的圆极化微带贴片天线，通过调节缝隙(3)的尺寸和贴片(4)的尺寸以及其相对位置，可以得到良好的工作带宽。

5.根据权利要求1所述的一种L波段微带馈电缝隙辐射的圆极化微带贴片天线，通过微带线(2)给微带贴片天线馈电。