宽频带宽波束圆极化天线及圆极化的方法
【专利摘要】本发明涉及天线领域，尤其涉及卫星通讯、导航天线的宽频带宽波束圆极化天线及圆极化的方法。本发明采取如下技术方案：结构包含天线层和天线层下方的微带功分器层，所述天线层包含四个一体化制作的弯曲渐变阵子，四个弯曲渐变阵子分别各自连接一个馈电金属柱，所述馈电金属柱和微带功分器层上的微带功分器电路连接，所述微带功分器层为一分四的微带功分器。所述四个一体化制作的弯曲渐变阵子形状完全相同，其各自连接的馈电金属柱垂直于水平面分布且位于天线整体的中部。采用如上技术方案的本发明，具有如下有益效果：该新型天线具备工作频带宽，波瓣宽度宽，圆极化特性好，加工精度要求不高，安装方便等特点。非常适用于高性能的卫星导航地面接收设备。
【专利说明】宽频带宽波束圆极化天线及圆极化的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及天线领域，尤其涉及卫星通讯、导航天线的宽频带宽波束圆极化天线及圆极化的方法。
【背景技术】
[0002]当前圆极化天线主要有微带贴片、螺旋天线、十字交叉振子等结构。
[0003]微带贴片天线波束宽度宽，低仰角性能好，但受介质板材厚度限制，带宽有限，通常单层微带天线，带宽仅有1_2%，即使采用很多层微带板堆叠，能展宽有限带宽，可达到一个倍频程，但成本居高不下，通常用作宽波束窄频带无线信号传输。
[0004]螺旋天线的波束宽度较窄，低仰角性能不好，而且占用体积较大，不利于系统集成，通常用于窄波束定向信号传输。
[0005]十字交叉阵子天线的波束宽度宽，因此低仰角性能好，但占用体积大，带宽窄，也仅可用于宽波束窄频带无线信号传输。
[0006]上述天线都不具备宽频带，宽波束圆极化信号传输的能力。众所周知，频带宽，则可传输的信息容量大，波束宽，则接受各方向角度信号的能力强。
[0007]目前我国现有北斗系统卫星定位及通讯天线，通常采用几个窄频微带贴片天线或微带贴片天线加十字交叉振子天线的形式实现多点频覆盖，系统复杂，占用体积大，多个天线集成在一起相互干扰较多，影响电性能，装配也不便。如果有一种宽频带的圆极化天线，可以完全覆盖北斗的工作频段，那么在电性能及生产装配上将具有明显的优势。
【发明内容】
[0008]发明的目的:为了提供一种可以解决宽频带、宽波束的圆极化信号的发射与接收的问题的宽频带宽波束圆极化天线及圆极化的方法。
[0009]为了达到如上目的，本发明采取如下技术方案:
[0010]方案1:
[0011]宽频带宽波束圆极化天线，其特征在于，结构包含天线层和天线层下方的微带功分器层，所述天线层包含四个一体化制作的弯曲渐变阵子，四个弯曲渐变阵子分别各自连接一个馈电金属柱，所述馈电金属柱和微带功分器层上的微带功分器电路连接，所述微带功分器层为一分四的微带功分器。
[0012]本发明进一步技术方案在于，所述四个一体化制作的弯曲渐变阵子形状完全相同，其各自连接的馈电金属柱垂直于水平面分布且位于天线整体的中部，穿过四个弯曲阵子的共有底面。
[0013]本发明进一步技术方案在于，所述四个一体化制作的弯曲渐变阵子表面圆滑。
[0014]本发明进一步技术方案在于，所述四个一体化制作的弯曲渐变阵子各自包含一个尖端，所述尖端和馈电金属柱焊接，所述尖端与地平面夹角在20-50度之间。
[0015]本发明进一步技术方案在于，所述微带功分器层包含一个以上的可以控制微带线长短依次实现90度相移的功分器单元或者宽带电桥，多个功分器单元或者宽带电桥之间相连。
[0016]本发明进一步技术方案在于，所述功分器单元或者宽带电桥有三个，其构成的微带功分器电路与一个以上的馈电金属柱分别连接。
[0017]本发明进一步技术方案在于，所述微带功分器层贴装在四个一体化制作的弯曲渐变阵子的共有底面上。
[0018]本发明进一步技术方案在于，所述天线为一体加工制造且直接与地板相连，为自支撑一体结构，所述馈电金属柱不与地面接触，在地板上开的过孔，让馈电金属柱穿过，过孔与馈电金属柱保持同心。
[0019]方案2:
[0020]利用如上所述的宽频带宽波束圆极化天线的圆极化的方法，其特征在于，微带功分器层的每个单元控制微带线长短依次实现90度相移，微带功分器电路与馈电金属柱相连并通过该馈电金属柱为四个弯曲渐变阵子馈电，实现左旋或右旋圆极化辐射。
[0021]采用如上技术方案的本发明，具有如下有益效果:采用了自支撑接地一体结构的四单元弯曲渐变阵子，用四个存在九十度相位差的金属柱对它们同时馈电，实现宽带圆极化的辐射特性。金属柱后面用微带功分器来实现馈电的相位差和等功率分配。与现有技术相比，该新型天线具备工作频带宽，波瓣宽度宽，圆极化特性好，加工精度要求不高，安装方便等特点。非常适用于高性能的卫星导航地面接收设备，比如车辆，船舶，飞机，火车等。这个能力在卫星导航定位领域的优势极其明显。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为天线及馈电柱示意图；
[0023]图2为驻波反射系数仿真图；
[0024]图3为馈电网络示意图；
[0025]图4为天线圆极化辐射方向图；
[0026]其中:1.弯曲渐变阵子；2.馈电金属柱；3.功分器单元。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进一步进行说明；
[0028]自支撑接地一体结构四个弯曲渐变阵子I及四个馈电金属柱2，之间采用焊接进行连接，如图1所示。
[0029]自支撑接地一体结构为独创性的，天线弯曲渐变阵子I与地板直接连接，金属一体加工，渐变阵子弯曲弧度采用模具来保证，圆滑即可，对弯曲角度误差不敏感，尖端与馈电金属柱2焊接相连，与地平面夹角20-50度间。
[0030]微带结构宽频带一分四功分器。功分器每个支路控制微带线长短依次实现90度相移，实现左旋或右旋圆极化辐射。功分器各分配单元可用宽带电桥来替代，可同时实现左旋和右旋的圆极化辐射。微带功分器和金属柱间采用焊接进行连接，如图2所示。
[0031]装配时，上层为天线层，下层为微带功分器层，微带功分器背对背贴装在天线上即可。[0032]实际任何卫星地面接收设备都有自己对天线的体积，接口位置，安装方式的要求，因此本发明可以在具体的实践过程中有各种变体，其不对本发明的具体实施造成限制。
[0033]结合图3，可知该天线驻波反射系数带宽较宽，在1.2-2.6GHz频段内小于10dB，并可根据具体工程需要，进一步优化。相对于原来的天线具有更宽的带宽。
[0034]结合图4，可知该天线圆极化辐射特性优良，在低仰角情况下同样同样具备较大增 Mo
[0035]这些有益效果是以往的任何天线都达不到的。
[0036]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的范`围内。
【权利要求】
1.宽频带宽波束圆极化天线，其特征在于，结构包含天线层和天线层下方的微带功分器层，所述天线层包含四个一体化制作的弯曲渐变阵子(I)，四个弯曲渐变阵子(I)分别各自连接一个馈电金属柱(2)，所述馈电金属柱(2)和微带功分器层上的微带功分器电路连接，所述微带功分器层为一分四的微带功分器。
2.如权利要求1所述的宽频带宽波束圆极化天线，其特征在于，所述四个一体化制作的弯曲渐变阵子⑴形状完全相同，其各自连接的馈电金属柱⑵垂直于水平面分布且位于天线整体的中部，穿过四个弯曲阵子的共有底面。
3.如权利要求1所述的宽频带宽波束圆极化天线，其特征在于，所述四个一体化制作的弯曲渐变阵子⑴表面圆滑。
4.如权利要求1所述的宽频带宽波束圆极化天线，其特征在于，所述四个一体化制作的弯曲渐变阵子(I)各自包含一个尖端，所述尖端和馈电金属柱(2)焊接，所述尖端与地平面夹角在20-50度之间。
5.如权利要求1所述的宽频带宽波束圆极化天线，其特征在于，所述微带功分器层包含一个以上的可以控制微带线长短依次实现90度相移的功分器单元或者宽带电桥，多个功分器单元或者宽带电桥之间相连。
6.如权利要求5所述的宽频带宽波束圆极化天线，其特征在于，所述功分器单元或者宽带电桥有三个，其构成的微带功分器电路与一个以上的馈电金属柱(2)分别连接。
7.如权利要求1所述的宽频带宽波束圆极化天线，其特征在于，所述微带功分器层贴装在四个一体化制作的弯曲渐变阵子(I)的共有底面上。
8.如权利要求1-7任一一项权利要求所述的宽带宽波圆束极化天线，其特征在于，所述天线为一体加工制造且直接与地板相连，为自支撑一体结构，所述馈电金属柱(2)不与地面接触，在地板上开的过孔，让馈电金属柱(2)穿过，过孔与馈电金属柱(2)保持同心。
9.利用如权利要求1-8所述的宽频带宽波束圆极化天线的圆极化的方法，其特征在于，微带功分器层的每个单元控制微带线长短依次实现90度相移，微带功分器电路与馈电金属柱相连并通过该馈电金属柱为四个弯曲渐变阵子馈电，实现左旋或右旋圆极化辐射。
【文档编号】H01Q1/36GK103825081SQ201210459398
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年11月16日 优先权日:2012年11月16日
【发明者】云宇, 黄炜, 杨坚 申请人:西安红叶通讯科技有限公司