一種寬波束圓極化微帶天線(xiàn)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微帶天線(xiàn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種寬波束圓極化微帶天線(xiàn)。
【背景技術(shù)】
[0002] 微帶天線(xiàn)因其剖面薄、體積小、重量輕，并可與導(dǎo)彈等載體表面共形而得到廣泛應(yīng) 用，它一般由帶導(dǎo)體接地板的介質(zhì)基片上貼加導(dǎo)體薄片形成。通常利用微帶線(xiàn)或同軸線(xiàn)一 類(lèi)饋線(xiàn)饋電，使導(dǎo)體貼片與接地板之間激勵(lì)起射頻電磁場(chǎng)，并通過(guò)貼片四周與節(jié)點(diǎn)板間的 縫隙向外輻射。其基片厚度與波長(zhǎng)相比一般很小。隨著微帶天線(xiàn)在衛(wèi)星導(dǎo)航、定位和通信 等領(lǐng)域的應(yīng)用，通常需要天線(xiàn)在低仰角的時(shí)候仍有一定的增益，這就對(duì)天線(xiàn)的波束寬度提 出了一定的要求。例如GPS接收機(jī)一般要求天線(xiàn)波束覆蓋達(dá)到120°的范圍，而一般的微帶 天線(xiàn)3dB寬度只能達(dá)到80°到100°，實(shí)現(xiàn)微帶天線(xiàn)寬波束一直是衛(wèi)星通信面臨的重要課 題。近年來(lái)人們提出了一些方法來(lái)實(shí)現(xiàn)微帶天線(xiàn)寬波束的目的：
[0003] 文獻(xiàn)1何海丹，新型寬波束圓極化天線(xiàn)一一微帶介質(zhì)天線(xiàn)，電訊技術(shù)，2003(1) : 48 一 51;采用了展寬介質(zhì)板的技術(shù)，但是其方向圖在對(duì)稱(chēng)性不足，在其它方位面上波束寬度 較差。
[0004]文獻(xiàn) 2YuanchunLi,QiZhu，YanYan，JueWangandShanjiaXu: "Designof MicrostripAntennawithBroadBeamwidth"，Aisa-PacificMicrowaveConference D01:10. 1109. 2008,Pages: (1-4);使用短路棒加載方式，雖然提高了天線(xiàn)的輻射效率，同時(shí) 也使得3dB波束寬度在達(dá)到170°，但是天線(xiàn)駐波比和軸比相對(duì)帶寬太窄，從而限制了這種 技術(shù)的應(yīng)用。
[0005]文獻(xiàn) 3Duan，Z.-S.Qu，S.-B. ;Wu，Y. ;Zhang，J.-Q: "Widebandwidthandbroad beamwidthmicrostrippatchantenna"，ELECTRONICSLETTERS26thFebruary 2009V〇1. 45N〇. 5;文獻(xiàn)中天線(xiàn)通過(guò)微帶線(xiàn)饋電將能量耦合到兩個(gè)相互堆疊的微帶貼片上， 并在上層貼片上加載縫隙和枝節(jié)。該方法對(duì)于天線(xiàn)的圓極化性能影響較大，并不能有效的 保證圓極化。
[0006] 綜上所述，現(xiàn)有文獻(xiàn)未能提出有效的實(shí)現(xiàn)帶寬較寬情況下的寬波束圓極化天線(xiàn)， 本發(fā)明提出一種結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，并且在較寬頻帶內(nèi)都能達(dá)到寬波束效果的圓極化微帶天 線(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0008] 為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種寬波束圓極化微帶天線(xiàn)，是一種 各個(gè)方向上都有較寬波束的圓極化微帶天線(xiàn)，達(dá)到展寬波束的目的。
[0009] 技術(shù)方案
[0010] 一種寬波束圓極化微帶天線(xiàn)，其特征在于包括正方形金屬貼片1、圓柱形介質(zhì)基板 2、圓形地板3、四個(gè)金屬探針和金屬底座；金屬底座為高度為hi的錐臺(tái)結(jié)構(gòu)，圓柱形介質(zhì)基 板2位于金屬底座的上臺(tái)面的中心，且兩者半徑相等；圓形地板3位于圓柱形介質(zhì)基板2的 中心，方形金屬貼片1設(shè)置在圓柱形介質(zhì)基板2上，四個(gè)金屬探針以正四邊結(jié)構(gòu)位于方形金 屬貼片1的中心；所述四個(gè)金屬探針按逆時(shí)針?lè)绞脚帕械牡谝唤饘偬结?、第二金屬探針5、 第三金屬探針6、第四金屬探針7分別饋有功率相等相位分別為0°、90°、180°、270°的 信號(hào)；所述高度hi為X/2~X/4之間，其中為天線(xiàn)在空氣中的波長(zhǎng)。
[0011] 所述金屬底座的上臺(tái)面為圓柱形金屬板，圓臺(tái)下底面為金屬環(huán)狀圓盤(pán)，上臺(tái)面與 下底面中間通過(guò)多個(gè)半徑不等的環(huán)形金屬壁連接，形成上臺(tái)面小于下底面的錐臺(tái)結(jié)構(gòu)。
[0012] 所述正方形金屬貼片1的邊長(zhǎng)為Xg/2,其中：Ag是微帶線(xiàn)上波長(zhǎng)。
[0013] 所述四個(gè)金屬探針中相鄰兩個(gè)探針間的距離L1為6七mm。
[0014] 所述圓柱體介質(zhì)基板2采用介電常數(shù)e,= 2. 2的材料。
[0015] 有益效果
[0016] 本發(fā)明提出的一種寬波束圓極化微帶天線(xiàn)，一方面將傳統(tǒng)的微帶天線(xiàn)介質(zhì)基板展 寬，另一方面本發(fā)明還采用了將微帶天線(xiàn)安裝在凸起的金屬圓臺(tái)上的結(jié)構(gòu)，從這兩個(gè)方面 達(dá)到了展寬天線(xiàn)波束的目的。
[0017] 本發(fā)明克服了傳統(tǒng)微帶天線(xiàn)波束波束寬度方面存在的不足，在中心頻點(diǎn)2100MHz 處，在154度的圓錐空域內(nèi)增益都大于OdB，且163度的圓錐空域內(nèi)增益起伏均小于5dB，主 輻射方向增益為4. 7dB。在頻帶1. 98GHz到2. 17GHz內(nèi)駐波比均小于1. 62的同時(shí)，軸比也 均小于2. 12dB，且頻帶內(nèi)所有頻點(diǎn)均在150度的圓錐空域內(nèi)增益都大于-ldB，達(dá)到實(shí)現(xiàn)寬 波束的目的。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1:本發(fā)明微帶天線(xiàn)貼片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 1-正方形金屬貼片，2-圓柱形介質(zhì)基板，3-圓形地板，4-第一金屬探針，5-第二金 屬探針，6-第三金屬探針，7-第四金屬探針；
[0020] 圖2 :本發(fā)明微帶天線(xiàn)貼片俯視圖；
[0021] wl-正方形金屬貼片的邊長(zhǎng)，L1-相鄰兩個(gè)探針間的距離，
[0022] 圖3 :本發(fā)明的金屬底座結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]R「圓形地板半徑，R2_圓柱形介質(zhì)基板半徑，R3-金屬底座圓臺(tái)下底面的內(nèi)半徑， 金屬底座圓臺(tái)下底面的外半徑；
[0024] 圖4:本發(fā)明微帶天線(xiàn)圓臺(tái)底座俯視圖；
[0025]r_in_安裝輸出接頭SMA的螺紋孔與金屬底座上臺(tái)面中心的距離；
[0026] 圖5:本發(fā)明微帶天線(xiàn)在1980MHz頻點(diǎn)處的輻射方向圖；
[0027] 圖6:本發(fā)明微帶天線(xiàn)在2100MHz頻點(diǎn)處的輻射方向圖；
[0028] 圖7:本發(fā)明微帶天線(xiàn)在2170MHz頻點(diǎn)處的輻射方向圖；
[0029] 圖8:本發(fā)明微帶天線(xiàn)在中心頻點(diǎn)2100MHz處的軸比。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：
[0031] 本發(fā)明的安裝順序?yàn)檎叫谓饘儋N片1，圓形地板3、圓柱形介質(zhì)基板2和金屬圓 臺(tái)底座，所有的中心都處于同一軸線(xiàn)上。由于微帶天線(xiàn)在法向方向福射最強(qiáng)，而介質(zhì)天線(xiàn) 在切線(xiàn)方向輻射最強(qiáng)，因此在垂直和水平方向都有較強(qiáng)的輻射，具有很寬的波束，可以在 上半空間提供較均勻的覆蓋。
[0032] 微帶天線(xiàn)貼片由方形金屬貼片1、圓柱形介質(zhì)基板2、圓形地板3、第一金屬探針4、 第二金屬探針5、第三金屬探針6、第四金屬探針7組成。圓形地板3上開(kāi)有安裝四個(gè)金屬 探針的四個(gè)第一通孔。所述正方形金屬貼片1長(zhǎng)寬均為wl的微帶線(xiàn)，邊長(zhǎng)wl為Xg/2,其 中Ag是微帶線(xiàn)上波長(zhǎng)。
[0033] 本發(fā)明采用多饋法，用四根金屬探針為微帶天線(xiàn)貼片饋電，為按逆時(shí)針?lè)绞脚帕?的第一金屬探針4、第二金屬探針5、第三金屬探針6、第四金屬探針7分別饋有功率相等相 位分別為〇°、90°、180°、270°的信號(hào)從而實(shí)現(xiàn)圓極化，為四根金屬探針饋電的饋電網(wǎng)絡(luò) 可自行設(shè)計(jì)。
[0034] 金屬底座由大小不同的上下底面金屬板以及連接的環(huán)形金屬壁構(gòu)成，圓臺(tái)上底面 為有一定厚度的圓柱形金屬板，尺寸與介質(zhì)天線(xiàn)下表面金屬附銅區(qū)域大小一致，其上需要 提供一個(gè)或數(shù)個(gè)安裝SMA接頭的螺紋孔，具體打孔位置對(duì)天線(xiàn)性能影響不大；圓臺(tái)下底面 為由一定厚度的金屬環(huán)狀圓盤(pán)，上下底面中間通過(guò)環(huán)形金屬壁連接，圓臺(tái)上下底面間的距 離hi-般取X/4左右，但不應(yīng)超過(guò)X/2;其中X代表天線(xiàn)在空氣中的波長(zhǎng)。
[0035] 具體實(shí)施例為：天線(xiàn)中心頻點(diǎn)為2100MHz，采用多饋法，用四根金屬探針為微帶天 線(xiàn)饋電，對(duì)于天線(xiàn)本身其中展寬的圓柱體介質(zhì)基板2采用介電常數(shù)2. 2的材料，它的 底面半徑R2為70mm，高度h為10mm，緊貼其上方的金屬貼片1為正方形，其邊長(zhǎng)wl為42mm， 緊貼介質(zhì)板下方的圓形金屬底板（3)半徑R1為30mm，介質(zhì)板中間4個(gè)半徑rr為0. 5mm的 金屬探針呈方形分布，相鄰兩個(gè)探針間的距離L1為經(jīng)由自行設(shè)計(jì)的一分四功分 相移網(wǎng)絡(luò)為四根金屬探針饋電，輸入點(diǎn)位置距離天線(xiàn)中心軸線(xiàn)距離1~_111為15mm。金屬圓 臺(tái)上表面半徑R1為30mm，圓臺(tái)外表面上下底面距離hi為45mm，下底面內(nèi)徑R3為69. 5mm， 外徑為70mm，在圓臺(tái)上底板距離中心軸線(xiàn)r_in為15mm處開(kāi)有M6的用于安裝輸出接頭SMA 的螺紋孔。結(jié)構(gòu)如圖3及圖4所示。本發(fā)明具體性能如圖5、圖6、圖7、圖8所示，對(duì)比結(jié)果 正與有益效果所描述的一致。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種寬波束圓極化微帶天線(xiàn)，其特征在于包括正方形金屬貼片（I)、圓柱形介質(zhì)基 板（2)、圓形地板（3)、四個(gè)金屬探針和金屬底座；金屬底座為高度為hi的錐臺(tái)結(jié)構(gòu)，圓柱形 介質(zhì)基板（2)位于金屬底座的上臺(tái)面的中心，且兩者半徑相等；圓形地板（3)位于圓柱形介 質(zhì)基板⑵的中心，方形金屬貼片⑴設(shè)置在圓柱形介質(zhì)基板⑵上，四個(gè)金屬探針以正四 邊結(jié)構(gòu)位于方形金屬貼片（1)的中心；所述四個(gè)金屬探針按逆時(shí)針?lè)绞脚帕械牡谝唤饘偬?針（4)、第二金屬探針（5)、第三金屬探針（6)、第四金屬探針（7)分別饋有功率相等相位分 別為0°、90°、180°、270°的信號(hào)；所述高度hi為λ/2~λ/4之間，其中：λ為天線(xiàn)在 空氣中的波長(zhǎng)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述寬波束圓極化微帶天線(xiàn)，其特征在于：所述金屬底座的上臺(tái)面 為圓柱形金屬板，圓臺(tái)下底面為金屬環(huán)狀圓盤(pán)，上臺(tái)面與下底面中間通過(guò)多個(gè)半徑不等的 環(huán)形金屬壁連接，形成上臺(tái)面小于下底面的錐臺(tái)結(jié)構(gòu)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述寬波束圓極化微帶天線(xiàn)，其特征在于：所述正方形金屬貼片（1) 的邊長(zhǎng)為λ/2,其中：λ8是微帶線(xiàn)上波長(zhǎng)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述寬波束圓極化微帶天線(xiàn)，其特征在于：所述四個(gè)金屬探針中相 鄰兩個(gè)探針間的距離Ll為6力mm。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述寬波束圓極化微帶天線(xiàn)，其特征在于：所述圓柱體介質(zhì)基板（2) 采用介電常數(shù)2. 2的材料。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種寬波束圓極化微帶天線(xiàn)，其特征在于：金屬底座為錐臺(tái)結(jié)構(gòu)，圓柱形介質(zhì)基板位于金屬底座的上臺(tái)面的中心，且兩者半徑相等；圓形地板位于圓柱形介質(zhì)基板的中心，方形金屬貼片設(shè)置在圓柱形介質(zhì)基板上，四個(gè)金屬探針以正四邊結(jié)構(gòu)位于方形金屬貼片的中心；本發(fā)明一方面將傳統(tǒng)的微帶天線(xiàn)介質(zhì)基板展寬，另一方面本發(fā)明還采用了將微帶天線(xiàn)安裝在凸起的金屬圓臺(tái)上的結(jié)構(gòu)，從這兩個(gè)方面達(dá)到了展寬天線(xiàn)波束的目的。
【IPC分類(lèi)】H01Q1/50, H01Q1/38, H01Q1/12
【公開(kāi)號(hào)】CN104882661
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510293554
【發(fā)明人】蔣振東
【申請(qǐng)人】蔣振東
【公開(kāi)日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2015年6月1日