专利名称：波瓣仰角可调水平极化全向天线设计技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种波瓣仰角可调水平极化全向天线设计技术，具体是双金属板加载、介质支撑、俯仰波束指向可调的单层微带偶极子圆形阵列天线。本发明既可用作广电通信领域的收发天线，又可在电子对抗中用作诱饵天线。
背景技术：
水平极化全向天线的辐射方向图在方位面内是一个无方向性的圆，它广泛应用于通讯广播、雷达信标和敌我识别等领域。由于磁偶极子并不存在，所以水平极化全向天线需要靠方向图叠加形成全向辐射。微带全向天线因其易加工、轻重量、低成本等特点而得到广泛研究，比较典型的方法有1.非水平共面组合天线，主要有圆柱共形微带天线(Immanual Jayakumar, Ramesh Garg, Sarap B K, Bhagwan Lai. A conformal cylindrical microstrip array forproducing omnidirectional radiation pattern[J]. IEEE Transaction on Antennas and Propagation, 1986, 34 (10) :1258-1261)、四单元微带贴片方形阵(李硕，水平极化全向(高增益)通讯天线的设计和研究，电子科技大学2007年硕士论文)。这种类型将天线单元环绕载体分布，能够形成全向辐射。但存在制作精度要求高和重量大的缺点。2.水平共面组合天线，主要有Alford环天线、印刷偶极子方形阵(钱嵩松，李兴国· 一种由渐变缝隙天线构成的等效全向天线.微波学报，2006年，22 (2) 41-44)和印刷偶极子圆形阵(冯祖建，张立新，孙绍国.水平极化全向天线的设计.微波学报，2008年， 24(6) :60-64)。这种类型的天线单元全部蚀刻在微带板上，制作精度高且质量轻。但是现有的设计存在着阻抗匹配困难，下方安装金属支撑结构使天线波束上翘且俯仰面波束指向不可调等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种波瓣仰角可调水平极化全向天线设计技术，克服天线阻抗匹配困难，天线俯仰波束指向不可调等缺点。天线具有结构简单，增益高，方位面内波瓣起伏低和抗干扰能力强等特点。实现上述目的的具体技术方案如下利用多个微带偶极子模拟电流环，四个微带偶极子均勻分布在微带板的圆周上。 在微带板上、下两侧加载两块金属板。利用四根介质柱的法兰支撑微带板并用螺钉固定，介质柱的另一端固定在金属板的安装孔中。微带偶极子的终端为弧形，且在各偶极子对之间留有间隔。利用两级功分网络馈电。每两个微带偶极子的平行双线馈电网络并联后，再经平行双线至微带线过渡，最后两条微带线并联与同轴接头匹配。采用了对称馈电结构。
在下方金属板中间打孔，供馈电电缆穿过。本发明微带天线的有益技术效果体现在下述几个方面1、微带偶极子上、下两侧各加载一块金属板，金属板的镜像效应提高了天线的增益；同时提高了天线上、下端的抗干扰能力。2、调整金属板直径尺寸，可改变俯仰面波束指向。3、每两个微带偶极子的平行双线馈电网络并联后再变换至微带线，降低了平行双线与微带线匹配难度。4、馈电电缆从下方金属板的中心孔穿过，不影响天线全向辐射特性。最终设计结果表明，本发明天线在10%的相对频带内驻波小于1.5，方位面内增益高于2. 3dB，增益起伏小于ldB，交叉极化电平低于-30dB。天线俯仰面内波束指向调节简
下面结合说明书附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。图1为本发明天线的结构透视图；图2为本发明天线的微带板俯视图；图3为本发明天线的微带偶极子单元；图4为本发明天线的馈电网络；图5为实施例1的高频结构仿真(HFSS)软件仿真的端口驻波曲线；图6 8为实施例1的高频结构仿真(HFSS)软件仿真的天线低、中、高频点的方位面辐射方向图；图9 11为实施例1的高频结构仿真(HFSS)软件仿真的天线低、中、高频点的俯仰面辐射方向图；图12为实施例2的高频结构仿真(HFSS)软件仿真的中频俯仰面辐射方向图；图13为实施例3两单元线阵的结构透视图。
具体实施例方式实施例1 参见图1，一种波瓣仰角可调水平极化全向天线。整个天线包括顶端金属反射板 1，全向微带天线2，聚四氟乙烯介质柱3，底端金属反射板4。每根介质柱中间由介质法兰5 连接。全向微带天线夹在上下介质法兰之间固定，介质柱插入金属板安装孔中固定。上下金属板直径均为90mm，厚度为2mm。下方金属板上开有直径12mm的穿孔10，供馈电的同轴电缆穿过。如图2所示，全向微带天线2由介质板6，四个微带偶极子7及馈电网络8组成。 四个微带偶极子均勻蚀刻在介质板圆周上，微带板直径是87mm。如图3所示，微带偶极子7的两臂分别位于介质板的上下层，偶极子终端采用弧形结构。微带偶极子通过平行双线8馈电。如图4所示，采用平行双线8作为微带偶极子的馈电巴伦。每两个平行双线并联后，变换至微带形式；两根微带线并联，经同轴微带垂直过渡与射频连接器9相连。
本发明天线工作原理如下单个微带偶极子的E面波瓣为“8”字形，通过在圆周上均勻环布四个偶极子使方向图叠加形成全向辐射。底端支撑金属板4的镜像作用使天线主波束上翘，在顶端加一个同尺寸的金属板1，两块金属板共同作用使主波束位于水平方向，并提高天线增益。采用平行双线8作为微带偶极子的馈电巴伦，天线带内性能稳定；连接平行双线的两臂反相馈电，提高天线交叉极化性能。为避免四个偶极子并联的阻抗差异大，馈电网络采用两级一分二功分器组成。将平行双线阻抗设计为100 Ω，两个偶极子的馈电网络并联得到50Ω阻抗，再通过渐变线将其变换至100Ω与同阻抗的微带线相连。两根微带线并联后，经同轴微带垂直过渡与射频连接器9相连。本发明性能如下图5为本发明S波段天线高频结构仿真软件(HFSS)仿真驻波曲线，可见在10%的相对频带内驻波小于1.5。图6 8为天线低、中、高三个频点仿真的方位面(Ε面)内波瓣图。三个频点的增益均高于2. 3dB，增益起伏小于ldB，。交叉极化电平低于_30dB。图9 11为天线低、中、高三个频点仿真的俯仰面(H面)内波瓣图。俯仰面内波束对称性好，三个频点的波瓣最大值均位于水平方向。实施例2:本发明的一个优选实施例是俯仰面指向60度的S波段水平极化全向天线，此天线是将实施例1中天线下方金属板直径尺寸增加到200mm所得。中心频点2. 85GHz的俯仰面辐射方向图如图12，由图可见俯仰面天线波束指向60度。实施例3 本发明的一个优选实施例如图13，是一个应用于S波段全向天线的二元线阵。此天线由两个实施例1中的天线单元沿轴向叠加而成，两个单元可以通过等幅同相馈电，在俯仰面提高增益。以上内容是结合具体的优选方式对本发明所做的详细说明，不能认定本发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做成若干简单推演或替换，如采用不同形状的偶极子和不同的支撑形式、改变上方金属板尺寸来调整俯仰波束指向，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的发明保护范围。
权利要求
1.一种波瓣仰角可调水平极化全向天线，包括全向微带天线，顶端和底端两块金属反射板，支撑介质柱。其特征在于A、利用多个半波微带偶极子均勻分布在圆形介质板周围模拟电流环，偶极子终端采用弧形结构；采用多级功分器馈电。B、微带偶极子上、下两侧加载两块金属板，波瓣仰角可调。C、用四根聚四氟乙烯介质柱支撑全向微带天线，介质柱固定在上下端金属板上。全向微带天线夹在介质柱中间的两块法兰之间，用螺钉使微带板固定。D、在下方金属板中间打孔，供馈电电缆穿过。
2.根据权利要求1所述的波瓣仰角可调水平极化全向天线，其特征在于全向微带天线由四个微带偶极子及馈电网络组成。四个微带偶极子均勻蚀刻在介质板圆周上。每个偶极子的两臂分别位于介质板的上下层，偶极子终端采用弧形结构。采用平行双线作为微带偶极子的馈电巴伦。每两个平行双线并联后，变换至微带形式；两根微带线并联后，经同轴微带垂直过渡与射频连接器相连。
3.根据权利要求1所述的波瓣仰角可调水平极化全向天线，其特征在于微带天线上、下两侧加载两块金属板。通过调整金属板直径尺寸，可改变俯仰面波束指向。
4.根据权利要求1所述的波瓣仰角可调水平极化全向天线，其特征在于每根介质柱由两截组成；两截介质柱与微带天线接触的部分各有一个介质法兰，全向微带天线夹在两块法兰之间用螺钉固定。介质柱另一端安装在上下金属板的安装孔中使天线成为一体。
5.根据权利要求1所述的波瓣仰角可调水平极化全向天线，其特征在于 电缆从下方孔中穿过，避免从天线外围布线。
全文摘要
本发明涉及一种波瓣仰角可调水平极化全向天线设计技术，解决了现有水平极化全向天线俯仰面波束指向固定、天线增益低、阻抗匹配困难的问题。该天线包括顶端反射板、微带天线、底端反射板和支撑介质柱。微带天线由四个弧形微带偶极子沿圆周排列组成；顶端和底端金属板置于微带天线上、下两侧，调整上、下金属板大小可改变俯仰面波束指向；微带天线夹在两侧介质柱的法兰间并用螺钉固定；下方金属板中间打孔供馈电电缆穿过。本发明天线在10％的相对频带内驻波小于1.5，方位面内增益高于2.3dB、增益起伏小于1dB，交叉极化电平低于-30dB；波束指向可调。本发明提高了天线的增益、阻抗匹配、交叉极化性能、天线顶端和底端的抗干扰性能，适用于广电通信、电子对抗等领域。
文档编号H01Q21/24GK102570014SQ20111036714
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月18日 优先权日2011年11月18日
发明者简玲, 袁洪, 陈文俊, 高国明 申请人:中国船舶重工集团公司第七二四研究所