一種用于低軌衛(wèi)星通信的微帶天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微帶天線技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種用于低軌衛(wèi)星通信的微帶天線。
【背景技術(shù)】
[0002] 低軌衛(wèi)星是相對(duì)于地球同步軌道衛(wèi)星，主要指運(yùn)行于大楠圓軌道上并存在明顯近 地點(diǎn)的衛(wèi)星，一般為小重量、短壽命的小型衛(wèi)星，主要應(yīng)用于測(cè)繪、探巧U、照相和衛(wèi)星電話等 要求解析精度高、信號(hào)衰減小的近地通信、測(cè)量場(chǎng)合。低軌道衛(wèi)星由于存在明顯近地點(diǎn)，此 時(shí)衛(wèi)星發(fā)射的電磁波到達(dá)地面直線距離很短，有利于用天線增益較低、發(fā)射功率較小的便 攜設(shè)備收發(fā)，因此常被用做衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS)、便攜式衛(wèi)星電話等低增益天線設(shè)備的通信 信源或中繼站。
[0003] 微帶天線因其可共形、重量輕、低成本、易組裝成陣列、易采用微波集成電路加工、 易實(shí)現(xiàn)圓極化等特點(diǎn)，在衛(wèi)星通信、航空航天通信和移動(dòng)通信終端等便攜式通信設(shè)備中都 有廣泛應(yīng)用，尤其適合制作成小體積便攜設(shè)備的內(nèi)置天線，但是多數(shù)情況下貼片微帶天線 技術(shù)主要用于厘米波、毫米波頻段。本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種適用于低軌衛(wèi)星通信的特高頻頻段 (分米波）的便攜式矩形貼片微帶天線，將多數(shù)情況下用于厘米波、毫米波的貼片微帶天線 技術(shù)應(yīng)用到微波波段的低頻段，滿足了衛(wèi)星通信終端性能指標(biāo)和尺寸參數(shù)的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為解決低軌衛(wèi)星通信中機(jī)動(dòng)、分散的便攜通信終端設(shè)備收發(fā)天線設(shè)計(jì)問題 而提供了一種用于低軌衛(wèi)星通信的微帶天線，該微帶天線在滿足主要性能指標(biāo)的前提下盡 可能縮減尺寸至可W植入衛(wèi)星通信中的便攜式終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星終端的便攜化和小型 化。本微帶天線的主要參數(shù)如下；楠圓圓極化場(chǎng)長(zhǎng)短軸比地(AxisRatio)不差于4地，最大 線徑(邊長(zhǎng)15cm，駐波比P《2,福射張角> 110°，發(fā)射頻率398MHz，發(fā)射帶寬4MHz。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案；一種用于低軌衛(wèi)星通信的微帶天 線，其特征在于包括正方形介質(zhì)基片和附著于正方形介質(zhì)基片上且與正方形介質(zhì)基片同中 屯、的正方形覆銅貼片，正方形覆銅貼片的對(duì)角線與正方形介質(zhì)基片的對(duì)角線位置重合，其 中正方形介質(zhì)基片選用介電常數(shù)為10. 2、厚度為2. 54mm的Rogers板材，正方形介質(zhì)基片的 邊長(zhǎng)為128. 05mm，在正方形介質(zhì)基片的四個(gè)角分別切去直角邊長(zhǎng)為3. 0mm的直角S角形， 正方形覆銅貼片的厚度為70ym，邊長(zhǎng)為117. 85mm，在正方形覆銅貼片對(duì)稱的兩個(gè)角分別 切去直角邊長(zhǎng)為6. 90mm的直角S角形，正方形介質(zhì)基片四邊的中垂線上距離正方形介質(zhì) 基片中屯、位置26mm處設(shè)有貫穿正方形介質(zhì)基片和正方形覆銅貼片的饋孔，饋孔內(nèi)導(dǎo)體直 徑為1. 00mm，饋孔外導(dǎo)體內(nèi)徑為2. 30mm。
[0006] 本發(fā)明是一種適用于低軌衛(wèi)星通信的特高頻頻段(分米波）的便攜式矩形貼片微 帶天線，將多數(shù)情況下用于厘米波、毫米波的貼片微帶天線技術(shù)應(yīng)用到微波波段的低頻段， 在滿足性能指標(biāo)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了該頻段微帶天線的便攜化和小型化。
【附圖說明】
[0007] 圖1為理想矩形貼片微帶天線的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為正方形覆銅貼片的切角尺寸優(yōu)化曲線； 圖3為正方形覆銅貼片的邊長(zhǎng)優(yōu)化曲線； 圖4為饋孔位置的優(yōu)化曲線； 圖5為本發(fā)明中用于低軌衛(wèi)星通信的微帶天線的俯視圖； 圖6為本發(fā)明中用于低軌衛(wèi)星通信的微帶天線的側(cè)視圖； 圖7為采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)微帶天線的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試的工作頻帶參數(shù)匯總曲 線。
[000引圖面說明；1、正方形介質(zhì)基片，2、正方形覆銅貼片，3、饋孔。
【具體實(shí)施方式】
[0009] 結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的具體內(nèi)容。
[0010] 本發(fā)明解決了微帶天線的便攜化和小型化的問題，為實(shí)現(xiàn)該一特性要充分利用一 切可能的技術(shù)手段來縮小天線尺寸，該樣既可W更好地滿足設(shè)計(jì)要求的小尺寸，同時(shí)又減 少了天線加工材料的面積，進(jìn)而降低材料成本。
[0011] 所述的用于低軌衛(wèi)星通信的微帶天線的設(shè)計(jì)包括W下步驟： (1)第一層正方形覆銅貼片的覆銅材料為70ym厚度的黃銅，黃銅的導(dǎo)電率差些，不易 加工，但硬度較好，可W長(zhǎng)期使用，是制成品的首選材料，該里選擇黃銅作為覆銅材料是因 為其擁有遠(yuǎn)大于工作頻率趨膚深度的厚度，可W通過激光刻蝕技術(shù)克服黃銅的加工難題。
[0012] (2)最主要的縮小尺寸的方法無疑是采用高介電常數(shù)材料，通過縮波技術(shù)縮小波 導(dǎo)波長(zhǎng)來減小半波尺寸。提高介電常數(shù)的做法是有效的，但是是有條件的、受限制的，通過 優(yōu)選平衡各方面性能，將介電常數(shù)取值范圍限定為10-25,太低縮波不明顯，依據(jù)施奈德經(jīng) 驗(yàn)公式，太高如-49只比fcV=25時(shí)縮短不到S分之一卻要付出近一半的帶寬，本發(fā)明 的正方形介質(zhì)基片選用介電常數(shù)右=10. 2、厚度h=2. 54mm的Rogers3010板材。
[0013](3)便攜設(shè)備的移動(dòng)性使其長(zhǎng)時(shí)間保持線極化方向匹配是不現(xiàn)實(shí)的，低軌衛(wèi)星摩 擦大氣產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)(也是衛(wèi)星軌道穩(wěn)定的需要）導(dǎo)致多數(shù)低軌通衛(wèi)星本身對(duì)地通信多采用 圓極化波，該些因素都客觀上要求低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)地面站(端）天線的圓極化設(shè)計(jì)，W保 證隨時(shí)隨地保持地面設(shè)備和衛(wèi)星之間的有效通信。標(biāo)準(zhǔn)的矩形微帶天線是線極化天線，但 是通過特殊的技術(shù)處理在微帶天線上可W方便地實(shí)現(xiàn)圓極化設(shè)計(jì)，為避免設(shè)計(jì)和布置復(fù)雜 的多饋點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，更適合于天線的小尺寸化設(shè)計(jì)，本發(fā)明采用單饋點(diǎn)圓極化設(shè)計(jì)。
[0014](4)饋電方式也影響天線的實(shí)際加工尺寸，因?yàn)檫咅佒苯訑U(kuò)大了貼片的物理尺寸， 其阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)也會(huì)間接地加大基片的面積，所W本發(fā)明選定同軸底饋饋電。
[0015](5)微擾形式在微帶天線的設(shè)計(jì)過程中是多種多樣的，為了減小天線的尺寸盡可 能采用內(nèi)切、對(duì)稱的微擾形式。
[0016](6)在場(chǎng)分布較弱的矩形頂角處切去部分尖角，既可W減少天線的金屬尖端效應(yīng)， 又可W-定程度上縮短實(shí)際對(duì)角線長(zhǎng)度，降低最大線徑。
[0017] 表1用于低軌衛(wèi)星通信的微帶天線的設(shè)計(jì)參數(shù)
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于低軌衛(wèi)星通信的微帶天線，其特征在于包括正方形介質(zhì)基片和附著于正 方形介質(zhì)基片上且與正方形介質(zhì)基片同中心的正方形覆銅貼片，正方形覆銅貼片的對(duì)角 線與正方形介質(zhì)基片的對(duì)角線位置重合，其中正方形介質(zhì)基片選用介電常數(shù)為10. 2、厚度 為2. 54mm的Rogers板材，正方形介質(zhì)基片的邊長(zhǎng)為128. 05mm，在正方形介質(zhì)基片的四 個(gè)角分別切去直角邊長(zhǎng)為3.Omm的直角三角形，正方形覆銅貼片的厚度為70ym，邊長(zhǎng)為 117. 85mm，在正方形覆銅貼片對(duì)稱的兩個(gè)角分別切去直角邊長(zhǎng)為6. 90mm的直角三角形，正 方形介質(zhì)基片四邊的中垂線上距離正方形介質(zhì)基片中心位置26mm處設(shè)有貫穿正方形介質(zhì) 基片和正方形覆銅貼片的饋孔，饋孔內(nèi)導(dǎo)體直徑為I. 〇〇mm，饋孔外導(dǎo)體內(nèi)徑為2. 30mm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于低軌衛(wèi)星通信的微帶天線，包括正方形介質(zhì)基片和附著于正方形介質(zhì)基片上且與正方形介質(zhì)基片同中心的正方形覆銅貼片，正方形覆銅貼片的對(duì)角線與正方形介質(zhì)基片的對(duì)角線位置重合，正方形介質(zhì)基片的四個(gè)角分別切去直角邊長(zhǎng)為3.0mm的直角三角形，正方形覆銅貼片對(duì)稱的兩個(gè)角分別切去直角邊長(zhǎng)為6.90mm的直角三角形，正方形介質(zhì)基片四邊的中垂線上距離正方形介質(zhì)基片中心位置26mm處設(shè)有貫穿正方形介質(zhì)基片和正方形覆銅貼片的饋孔，饋孔內(nèi)導(dǎo)體直徑為1.00mm，饋孔外導(dǎo)體內(nèi)徑為2.30mm。本發(fā)明將用于厘米波、毫米波的貼片微帶天線技術(shù)應(yīng)用到微波波段的低頻段，在滿足性能指標(biāo)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了該頻段微帶天線的便攜化和小型化。
【IPC分類】H01Q1-38, H01Q1-50
【公開號(hào)】CN104701612
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510093663
【發(fā)明人】詹華偉, 溫弘, 楊豪強(qiáng), 張瑜, 高金輝, 李巧玉, 崔恩強(qiáng), 鄭成儀
【申請(qǐng)人】河南師范大學(xué)
【公開日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2015年3月3日