CN110311213B - 圆极化天线装置 - Google Patents
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Abstract
一种圆极化天线装置，包括：导电接地平面、设于导电接地平面上的介质基片和设于介质基片表面的若干辐射片；所述辐射片为一层用于接收或发射信号的金属导体，辐射片包括若干个对称分布的倒F型辐射片组，每个倒F型辐射片组包括一个A型倒F型辐射片和一个B型倒F型辐射片；A型倒F型辐射片和B型倒F型辐射片对称设置；所述A型倒F型辐射片和B型倒F型辐射片分别包括水平设置的上部和垂直设置的下部；本发明采用采用多个对称的倒F型辐射片组实现左旋和右旋两种圆极化信号独立输出，加工简单，尺寸小，重量轻，满足了双圆极化信号接收或发射应用需求，尤其适合于精确测量和制导位***终端设备。
Description
技术领域
本发明属于天线技术领域，具体涉及一种圆极化天线装置。
背景技术
圆极化天线作为一种用来发射或接收无线电波的部件，在无线通信***中起着至关重要的作用，尤其在卫星通信和飞行器测控设备中。
当前卫星导航定位设备在诸如定位、测量、授时、高精度农业和智能交通等领域应用日益广泛。导航设备为了获得分米级以上高精度定位要求，一般要采用RTK（实时动态差分法）技术，此时设备的天线一般要具备双频特性，并且应具备较宽工作带宽（增益带宽、波束带宽和轴比带宽），和更加紧凑尺寸、同时加工制造要简单等。由于微带贴片天线具有形状小、成本低、易共形、易加工和容易实现圆极化等优点，而被广泛应用，圆极化天线也是如此。
传统的微带天线一般实现双频采用层叠式，即一般一层实现一个工作频带，两层叠加以实现双频。其中上层一般实现较高频率的辐射，下层实现较低频率的辐射。其中下层的辐射贴片充当上次贴片的地板。这种结构馈电比较复杂，同时上层的贴片往往会影响下层贴片的性能，造成下层贴片性能的下降，并且，普通微带天线工作带宽窄，不能很好覆盖多个卫星导航***。如果增大带宽，往往需要采用低介电常数的介质作为天线基板材料，此时天线尺寸会增大。
圆极化天线由于不存在极化失配现象，更容易获得相关性较低的平衡接收功率而呈现较大优势。一对左旋圆极化波和右旋圆极化波互为交叉极化，理想情况下一对互为交叉极化的波是互相隔离的，即用LHCP的天线是无法接收RHCP来波的信号，反之亦然。事实上没有绝对的圆极化和线极化，任意极化波的瞬时电场矢量的端点轨迹为一椭圆，椭圆的长轴和短轴之比称之为轴比AR(Axial Ratio)，一般用dB表示。轴比是圆极化天线的一个重要的性能指标，它代表圆极化的纯度，一般将轴比不大于3dB的带宽，定义为天线的圆极化带宽。它是衡量天线对不同方向的信号增益差异性的重要指标。
圆极化波的特点是，电场的垂直分量和水平分量的大小相等而相位相差90度。一般情况下，微带天线是线极化的。但若对微带天线采用特殊的馈电方式，在贴片中激励两个简并得正交模式，使之幅度相等相位相差90度，即可以获得圆极化波。圆极化根据电场旋转方向不同又可分为左旋和右旋圆极化。圆极化信号经过反射会发生变化，根据反射信号强弱，我们大致可以推断出该信号是否经过反射以及反射次数，并以此作为信号检测的依据，所以在测控领域应用也比较广泛。
圆极化天线通常有螺旋天线、十字交叉阵子、微带天线等形式，其中，由于螺旋天线缺点是只能实现一个极化方式。交叉阵子这类天线轮廓较高，不利于集成到移动终端设备.而微带天线以其特有的优势，如轮廓低、重量轻、成本小、易共形等，并且容易同时形成左旋和右旋两种极化信号，在特殊场合成为必选。不过传统的微带天线工作带宽比较窄，一般是3%-5%,在扩频通信中，无法使用。展宽圆极化天线频带宽度是提高其实用价值的关键，尤其在超宽带通信中应用，可以极大提高抗干扰性能，是实现天线宽频带和小型化的研究重点。
当前圆极化天线主要存在的问题为：
1.普通的微带天线一般实现单层介质实现一个工作频带，这种工作带宽比较窄，工作带宽仅有5%z左右，不能很好应用在超宽带（扩频）通信***中。如果增大带宽，往往需要采用低介电常数的介质作为天线基板材料，此时天线尺寸会增大。
2.常规螺旋天线频带宽、波束宽、方向图对称、宽角圆极化性能好，缺点是只能实现一个极化方式。在需要双圆极化的场合，无法满足应用。
3.阵列天线（或阵子变形），频带宽、方向图对称、宽角圆极化性能好，缺点是波束不够宽、结构较复杂，尺寸较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种工作带宽宽、增益高、尺寸小的圆极化天线装置。
本发明的另一个目的是提供一种结构简单、易加工制造的圆极化天线装置。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种圆极化天线装置，包括：导电接地平面、设于导电接地平面上的介质基片、设于介质基片表面的若干辐射片；
所述辐射片为一层用于接收或发射信号的金属导体，辐射片包括若干个对称分布的倒F型辐射片组，每个倒F型辐射片组包括一个A型倒F型辐射片和一个B型倒F型辐射片；A型倒F型辐射片和B型倒F型辐射片对称设置；
所述A型倒F型辐射片和B型倒F型辐射片分别包括水平设置的上部和垂直设置的下部，A型倒F型辐射片和B型倒F型辐射片的上部分别贴设于介质基片上表面，A型倒F型辐射片和B型倒F型辐射片的下部分别贴设于介质基片侧壁表面。
优选的是，所述每个A型倒F型辐射片底部设有第一接触点和第二接触点，每个B型倒F型辐射片底部设有第三接触点和第四接触点。
优选的是，每个倒F型辐射片组中，所述第二接触点和第三接触相邻，第二接触点和第三接触点为B型馈电点。
优选的是，所述第一接触点和第四接触点与导电接地平面连接。
优选的是，所述倒F型辐射片组共四组。
优选的是，所述四个A型倒F型辐射片结合馈电网络，形成左旋信号输出；
所述四个B型倒F型辐射片结合馈电网络，形成右旋信号输出。
优选的是，所述介质基片有一层或上下堆叠的多层。
优选的是，所述介质基片包括下层的高介质常数介质基片和上层的低介电常数介质基片。
优选的是，所述介质基片整体呈圆柱形、半圆锥形或阶梯状圆柱形中的一种。
优选的是，所述介质基片中部为实心或加工有圆形贯通孔。
本发明的圆极化天线装置，至少具有以下优点：
1.天线采用1种或多种不同规格、不同厚度的介质基片，以及4组正交的倒F形式辐射片，增加了天线的调节参数，在保证小体积的前提下，可以使天线工作带宽大幅增加。对称的结构保证了相位中心稳定，并可以同时实现右旋和左旋两种圆极化，满足了双圆极化信号接收（或发射）应用需求，方便产业化加工，尤其适合于精确测量和制导位***终端设备。
2.倒F形式天线的辐射片，加工方便，并且可以通过调节它尺寸，改变工作频率，方便产业化加工，有较好的容错性能，提高了产品合格率，降低了生产成本。
3.天线的正中部分可做成空心形式，方便在特殊的飞行器上使用。
4.天线结构简单，更加便于加工设计与组装。
5.该天线在特殊场合应用，进行胶水灌封时候，可以良好固定天线单元，更加耐冲击振动。
6、产品易于成形，由于不涉及普通微带天线的金属化过孔等工艺，容易制作较厚的天线。
7.介质基片可以做成一层或多层的圆柱形、空心圆柱形、半圆锥形、空心半圆锥形等，以适应不同的应用场合和安装固定需求。
附图说明
图1为一种圆极化天线装置的结构示意图。
图2为图1中圆极化天线装置的俯视图。
图3为图1中圆极化天线装置的侧视图。
图4为一种圆极化天线装置的天线增益带宽测试图。
图5为一种圆极化天线装置的天线轴比测试图。
图6为一种圆极化天线装置的中心频点波束宽度测试图。
图7为一种圆极化天线装置电路图。
图中标号为：1-导电接地平面，2-介质基片，210-高介质常数介质基片，220-低介电常数介质基片，3-倒F型辐射片组，301-上部，302-下部，310-A型倒F型辐射片，320-B型倒F型辐射片，311-第一接触点，312-第二接触点，321-第三接触点，322-第四接触点，4-圆形贯通孔。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”，“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1
如图1-3所示，一种圆极化天线装置，包括：导电接地平面1、设于导电接地平面上的介质基片2和设于介质基片表面的若干辐射片；
所述辐射片为一层用于接收或发射信号的金属导体，辐射片包括若干个对称分布的倒F型辐射片组3，每个倒F型辐射片组包括一个A型倒F型辐射片310和一个B型倒F型辐射片320；A型倒F型辐射片和B型倒F型辐射片对称设置；
所述A型倒F型辐射片和B型倒F型辐射片分别包括水平设置的上部301和垂直设置的下部302，A型倒F型辐射片和B型倒F型辐射片的上部分别贴设于介质基片上表面，A型倒F型辐射片和B型倒F型辐射片的下部分别贴设于介质基片侧壁表面。
所述每个A型倒F型辐射片底部设有第一接触点311和第二接触点312，每个B型倒F型辐射片底部设有第三接触点321和第四接触点322。
每个倒F型辐射片组中，所述第二接触点和第三接触相邻，第二接触点和第三接触点为B型馈电点。
所述第一接触点和第四接触点与导电接地平面连接。
所述倒F型辐射片组共四组。
所述四个A型倒F型辐射片结合馈电网络，形成左旋信号输出；
所述四个B型倒F型辐射片结合馈电网络，形成右旋信号输出。
所述介质基片有2层。
所述介质基片2包括下层的高介质常数介质基片210和上层的低介电常数介质基片220。
所述介质基片整体呈圆柱形。
所述介质基片中部加工有圆形贯通孔4。
实施例2
如图4，示出了一种实施例1中圆极化天线装置的天线增益带宽测试图。
如图5，示出了一种实施例1中圆极化天线装置的天线轴比测试图。
如图6，示出了一种实施例1中圆极化天线装置的中心频点波束宽度测试图。
可见，实施例1中的圆极化天线装置具有轴比带宽大、工作带宽宽、相位中心稳定等特点。
实施例3
如图7，采用4个倒F型辐射片组，每相邻的2个经过信号移相，合路后获得的良好左旋和右旋圆极化信号输出。（其中Hybrid为移相90度的耦合器）。
4个倒F型辐射片组，馈电电路的损耗大，但是获得圆极化性能好，其天线对称，从而相位中心稳定。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。
Claims (1)
1.一种圆极化天线装置，其特征在于，包括：导电接地平面、设于导电接地平面上的介质基片和设于介质基片表面的辐射片；
所述辐射片为一层用于接收或发射信号的金属导体，辐射片包括若干个对称分布的倒F型辐射片组，每个倒F型辐射片组包括一个A型倒F型辐射片和一个B型倒F型辐射片；A型倒F型辐射片和B型倒F型辐射片对称设置；
所述A型倒F型辐射片和B型倒F型辐射片分别包括水平设置的上部和垂直设置的下部，A型倒F型辐射片和B型倒F型辐射片的上部分别贴设于介质基片上表面，A型倒F型辐射片和B型倒F型辐射片的下部分别贴设于介质基片侧壁表面；
每个倒F型辐射片组中，所述每个A型倒F型辐射片底部设有第一接触点和第二接触点，每个B型倒F型辐射片底部设有第三接触点和第四接触点；
每个倒F型辐射片组中，所述第二接触点和第三接触相邻，第二接触点和第三接触点为馈电点；
所述介质基片包括下层的高介质常数介质基片和上层的低介电常数介质基片；
所述介质基片整体呈圆柱形、半圆锥形或阶梯状圆柱形中的一种；
所述第一接触点和第四接触点与导电接地平面连接；
所述倒F型辐射片组共四组；
所述四个A型倒F型辐射片结合馈电网络，形成左旋信号输出；
所述四个B型倒F型辐射片结合馈电网络，形成右旋信号输出；
所述介质基片中部为实心或加工有圆形贯通孔。
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