基于圆极化天线的空间分集覆盖收发系统的制作方法

本发明涉及一种收发系统，具体地，涉及一种实现基于圆极化天线的空间分集覆盖收发系统。

背景技术：

随着科技的进步，对于有特殊通信需求的通信系统而言，仅仅一个具有良好性能的全向圆极化天线是不够的。例如，对于一个不仅需要全向天线进行地面全向通信，也需要同时和天上的飞机或者卫星对空通信的系统而言，它所需要的应该是一个全向天线与一个定向天线组合的可分集工作天线系统，能够通过通信通道的切换，实现空间的分集通信。为了满足通信系统同时对地全向通信和对空一定范围内的通信的需求，就需要设计一个这样的天线系统来满足这样的波束覆盖需求。

目前要实现空间覆盖，使用较好性能的全向圆极化天线未必可行，原因是存在增益过低的问题，导致在实际生活中无法使用。Yilong Wang等人2015年发表在Advanced Materials and Processes for RF and THz Applications(IMWS-AMP)上的文章“A compact and dual-band circularly polarized petal-shaped antenna with broad beamwidth for multiple global navigation satellite systems”实现了x-z和y-z平面170度的半功率波束宽度，但是最大增益只有0dB左右，显然在大多数情况下无法满足通信需求。另一方面，使用分立天线一高一低放置理论上可以在保证增益的前提下实现全向覆盖，但实际上放在高处的天线垂下的馈线必然会对低处的全向圆极化天线的辐射特性造成影响，因此如何消除这种影响，实现较高增益的全向圆极化覆盖是一个难点。

技术实现要素：

针对上述现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于圆极化天线的空间分集覆盖收发系统，

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于圆极化天线的空间分集覆盖收发系统，包括：下辐射体和上辐射体。下辐射体实现水平全向覆盖，上辐射体覆盖上半部分，上下辐射体可以拆解，故可以根据覆盖需求更换上辐射天线。

优选地，所述下辐射体结构由T型馈电结构、阻抗匹配结构、辐射结构组成。其中一根同轴线贯穿这三个结构，起着给上辐射体馈电的功能。

优选地，所述T型馈电结构外导体与辐射体外导体渐变连接。下馈端口即贯穿同轴线端口，用来给上辐射天线馈电。侧馈端口为渐变同轴线结构，其内芯与贯穿同轴线外导体连接，作为下辐射体的馈电端口。两个端口均可以和标准的SMA结构连接。

T型馈电结构内除了金属部分都用介质填充。

优选地，所述阻抗匹配结构位于T型馈电结构与辐射结构中间。n小段匹配金属环其外径和长短各有不同，内径即为贯穿同轴线的外径，它们直接相连，以传输线理论实现阻抗变换。

所述阻抗匹配结构与外导体之间填充有介质。

优选地，所述下辐射结构内贯穿同轴线，同轴线外导体与辐射结构外导体之间填充介质。

辐射外导体上刻有互相垂直的切槽，绕外导体一周有4个，上下构成4组，能量从切槽向外辐射。

优选地，所述上辐射结构由贯穿下辐射结构的同轴线进行馈电。故可以根据空间上方的覆盖需求灵活得选取天线类型，直接通过SMA口进行连接即可。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明下辐射体天线效率较高，具有较高的增益。

2、本发明下辐射体天线全向性能好，且具有较宽的带宽。

3、本发明的T型连接结构的下馈端口由同轴线直通到上辐射体，从而给上辐射体馈电，馈线不会影响下辐射体的辐射特性，巧妙得保证了水平全向圆极化的纯度。同时上下辐射体通过标准的同轴接口连接，可以根据实际需要灵活得设计上辐射体天线，满足实际的通信需求。

4、本发明的下辐射天线结构对称，如需更换工作频带，可以按比例放大缩小，设计方便。

5、本发明的下辐射体-10dB带宽达到14.0％，在大部分带宽内水平全向轴比小于3dB，带内水平全向增益大于4.85dB，最高增益达6dB。上辐射体与下辐射体通过标准同轴接口连接。上辐射体可根据具体需求自行设计，实现更好的通信效果。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明基于圆极化天线的空间分集覆盖收发系统结构示意图；

图2为图1的分解图；

图3为图1沿A-A的剖视图；

图4为图1沿B-B的剖视图；

图5为本发明实施例的基于圆极化天线的空间分集覆盖收发系统下辐射体的回波损耗图；

图6为本发明实施例的下辐射体各个频点的水平全向轴比图；

图7为本发明实施例的下辐射体各个频点的水平全向增益图；

图8为本实例的仿真得到的基于圆极化天线的空间分集覆盖收发系统在5.8G时天线的分集覆盖效果图。

图中：1为上辐射体天线，2为下辐射体天线的辐射结构，3为下辐射体的阻抗匹配结构，4为下辐射体的T型馈电结构，5为其中一组辐射单元的缝隙，6为辐射缝隙阵列，7为天线辐射结构外导体，8为天线辐射结构填充介质(包括贯穿系统的同轴线的内导体和同轴线外面与辐射体之间的介质)，9为T型馈电结构外导体壁，10为T馈电结构内填充的介质，11为T型馈电结构下馈端口，12为T型馈电结构侧馈端口，13为阻抗匹配结构内导体，14为贯穿同轴线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供的基于同轴缝隙全向圆极化天线与低剖面定向天线的半球空间分集覆盖系统，应用于通信技术领域。

请同时参阅图1～图4，基于圆极化天线的空间分集覆盖收发系统，包括：1、上辐射体，2、下辐射体天线的辐射结构，3、下辐射体的阻抗匹配结构，4、下辐射体的T型馈电结构，9、T型馈电结构外导体壁。下辐射体的辐射结构上端用金属圆面封闭，下端再连接阻抗匹配结构。阻抗匹配结构下端接T型馈电结构。T型馈电结构下端、侧端可直接采用SMA接头馈线进行射频激励。一根同轴线贯穿下辐射体天线，给上辐射体天线馈电。上下辐射体通过标准的同轴接口相互连接。

进一步地，对于上辐射体天线1，这里给出一个简单的矩形切角微带圆极化天线作为范例。实际可以根据需要设计上辐射体天线，下辐射体天线给了标准的同轴馈电端口，只要上辐射体天线做好阻抗匹配即可。

进一步地，下辐射体天线的辐射结构2为同轴线结构，辐射结构外导体7为金属，厚度1.5mm，直径25mm，长度150.9mm，在辐射结构外导体7上开互相垂直(夹角90度)的矩形缝隙5，一周4个，上下4组构成辐射缝隙阵列6。14为贯穿辐射结构的同轴线，外径3.6mm，内径0.92mm，内外径之间、外径与辐射体金属之间填充介质8，该介质为Teflon，介电常数为2.1。

进一步地，在下辐射体的辐射结构与T型馈电结构之间是阻抗匹配结构3，匹配结构外导体与辐射结构外导体7等直径连接。同轴线同样贯穿其中。阻抗匹配结构内导体13均为三段直径不同的金属圆柱，内径等于贯穿同轴线外径，阻抗匹配结构的3个金属圆环直径分别为3.7mm、6.0mm、6.5mm，长度分别为7.9mm、6.0mm、6.5mm，，它们直接相连，以传输线理论实现阻抗变换；匹配结构内导体13与外导体之间填充介质10为Teflon。

进一步地，在下辐射体天线的阻抗匹配结构下面连接T型馈电结构4，阻抗匹配结构外导体与T型馈电结构下端圆柱形接头通过渐变的结构连接，厚度与阻抗匹配外导体相同。T型馈电结构下端圆柱形馈电端口内插贯穿同轴线。T型头侧边的接头是渐变同轴线结构，内芯与T型馈电结构下端贯穿同轴线的外导体连接，直径与贯穿同轴线的外导体相同，内芯与外导体渐变到标准的SMA接口。T型头下端接头和侧端接头均可以直接与SMA接头连接。

本发明基于圆极化天线的空间分集覆盖收发系统，从T型馈电结构的下馈端口和上端口分别激励可以分别给上辐射体天线与下辐射体天线馈电。

射频激励信号通过图3中下馈端口11对天线馈电，信号通过下辐射体的贯穿同轴线，上馈到上辐射天线，并且丝毫不影响下辐射体天线的辐射特性。

射频激励信号通过图3中侧馈端口12对天线馈电，信号通过渐变同轴线传入辐射体，进入贯穿同轴线的外导体和辐射体及它们之间的介质组成的类同轴线结构向上传播，边传播边从缝隙向外辐射能量。由于渐变同轴线(T型结构内)与类同轴结构阻抗有所失配，先经过阻抗匹配结构，使得S(11)在5.1975GHz-5.9795GHz范围内小于-10dB，类同轴匹配结构的设计以传输线理论为基础，实现阻抗匹配。信号从辐射结构2上的四组缝隙阵列6向外辐射，从而有较高增益的水平全向圆极化特性。

如图5所示是本实施例的仿真得到的下辐射体的回波损耗图。从图中可以看出，在5.1975GHz-5.9795GHz频段内回波损耗小于-10dB。

如图6所示是本实例的仿真得到的下辐射体在各个频点的水平全向(Theta＝90°)的轴比图。从图中可以看出，在5.22GHz～5.825GHz内实现了轴比小于3dB。

如图7所示是本实例的仿真得到的下辐射体在各个频点的增益图。从图中可以看出，在5.2GHz-5.9Hz频段内，增益最小值均大于4.85dB，最大至6dB且天线的全向性能良好。

如图8所示是本实例的仿真得到的基于圆极化天线的空间分集覆盖收发系统在5.8G时，天线的分集覆盖效果图。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。