專利名稱：有良好低仰角性能的雙頻寬波束圓極化天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，具體講是一種具有良好低仰角性能的雙頻寬波束圓極化天線，用于作為雙頻GPS車載天線和有一根輸出電纜的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)與GPS兼容的用戶機車載天線，如我國BD-2的兼容型用戶機天線。
背景技術(shù)：
眾所周知，衛(wèi)星通信一般都使用圓極化天線，例如，美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、我國的BD-2衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)都希望移動用戶機天線，如車載、艦載和機載，這種天線不僅要求尺寸小、生產(chǎn)成本低，而且在雙頻段要有好的圓極化特性。雖然有許多雙頻圓極化微帶天線可以作為GPSL1和L2頻段的右旋圓極化天線使用，但由于全球有24顆衛(wèi)星供世界各地的用戶使用，所以GPS用戶并不要求GPS天線有好的低仰角性能。但有的系統(tǒng)，如我國的BD-2衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，不僅要求用戶機天線在上半空間具有半球型輻射方向圖，特別是對低仰角增益提出了苛刻的要求，如要求5°仰角天線的增益不能低于-5dB。而現(xiàn)有的雙頻GPS天線由于低仰角性能差，無法滿足BD-2衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)總體對有一根輸出電纜的雙頻或?qū)掝l帶寬波束用戶機天線的要求。
雖然用0°、90°、180、°270°的相位關(guān)系給均布在一個圓周上的四個倒L型單極子天線饋電而構(gòu)成圓極化天線，利用倒L型單極子中的水平導(dǎo)體的高仰角輻射，垂直導(dǎo)體的低仰角輻射，使天線合成的垂直面方向圖特別寬，尤其是垂直導(dǎo)體的低仰角輻射，使它的低仰角性能得到明顯的改善。但由于該天線為窄頻帶天線，仍然不能滿足BD-2衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)既要求圓極化天線有良好的低仰角性能，又要求在兩個頻段如B1B3頻段或?qū)掝l段工作的要求。
實用新型的內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有雙頻或?qū)拵PS天線的不足，提供一種有良好低仰角性能的雙頻寬波束圓極化天線，以滿足在兩個頻段或?qū)掝l段工作的要求。
實現(xiàn)本實用新型目的的技術(shù)方案可以有兩種，第一種方案可采用在倒L型單極子的水平導(dǎo)體中增加陷波電路；第二種方案可采用在倒L型單極子水平導(dǎo)體接近末端處附加寄生倒L單元，以實現(xiàn)用四個寬帶倒L型單極子構(gòu)成的寬波束圓極化天線雙頻或?qū)拵Чぷ鞯男Ч?。但采用在倒L型單極子水平導(dǎo)體接近末端處附加寄生倒L單元的方案更有利于實現(xiàn)，因此本實用新型采用第二種方案。在該方案中整個天線包括多個有源倒L型單極子和接地板，這些有源倒L型單極子均布在接地板的圓周上，并依次按0°、90°、180°、270°相位關(guān)系設(shè)置饋電，組成饋電網(wǎng)絡(luò)；每個有源倒L型單極子的水平導(dǎo)體末端固定有寄生倒L單元，構(gòu)成寬帶倒L型單極子；該寄生倒L單元與有源倒L型單極子結(jié)構(gòu)相同，由垂直導(dǎo)體和水平導(dǎo)體組成；該寄生倒L單元的垂直導(dǎo)體分別與有源倒L型單極子的垂直導(dǎo)體平行，與接地板垂直；該寄生倒L單元的水平導(dǎo)體與有源倒L型單極水平導(dǎo)體平行，且與接地板平行，并由圓周指向圓心，構(gòu)成只有一個輸出端口的雙頻寬波束圓極化天線。
本實用新型由于采用給四個倒L型單極子且用四個饋電點饋電構(gòu)成的圓極化天線本身就具有寬頻帶特性，再加上附加寄生倒L單元使該圓極化天線的帶寬更寬，因而特別適合作為有一個輸出端口的雙頻或?qū)拵挷ㄊ鴪A極化天線；同時由于本實用新型采用四單元四饋電方案，使天線結(jié)構(gòu)對稱，保證了水平面方向圖呈全向的要求；此外由于本實用新型的倒L型單極子以空氣為介質(zhì)，既具有輻射效率高、又具有生產(chǎn)成本低的優(yōu)點。有研究表明，本實用新型所采用的多單元多饋技術(shù)構(gòu)成圓極化天線與單饋圓極化貼片天線相比，能明顯的展寬天線的阻抗和軸比帶寬。


圖1(a)是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖圖1(b)是本實用新型結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖圖2是本實用新型的饋電網(wǎng)絡(luò)示意圖具體實施方式
以下結(jié)合附圖，詳細(xì)說明本實用新型的內(nèi)容。
參看圖1(a)和圖1(b)，1是有一個輸出端口的雙頻或?qū)拵A極化天線，包括四個有源倒L型單極子2、3、4、5和饋電網(wǎng)絡(luò)13，每個有源倒L型單極子是由是由垂直導(dǎo)體10和水平導(dǎo)體11組成，每個有源倒L型單極子的水平導(dǎo)體11末端固定有寄生倒L單元9，構(gòu)成四個寬帶倒L型單極子8。該寄生倒L單元9的結(jié)構(gòu)與四個有源倒L型單極子結(jié)構(gòu)相同，也由垂直導(dǎo)體12和水平導(dǎo)體14組成。四個寬帶倒L型單極子8以空氣為介質(zhì)均布在一個圓周上，每個寬帶倒L型單極子的垂直導(dǎo)體10與12平行，該兩個垂直導(dǎo)體均與接地板7垂直；每個寬帶倒L型單極子的水平導(dǎo)體11與14平行，該兩個水平導(dǎo)體均與接地板7平行，且由圓周指向圓心。該寄生倒L單元9的垂直導(dǎo)體12通過介質(zhì)材料28固定在有源倒L型單極子的水平導(dǎo)體11的末端。
參照圖2，本實用新型為了把四個寬帶倒L型單極子8變成圓極化，采用0°、90°、180、°270°相位關(guān)系的饋電網(wǎng)絡(luò)13給四個寬帶倒L型單極子8饋電。該饋電網(wǎng)絡(luò)13位于接地板7的下面，由雙面覆銅介質(zhì)板18上的三個微帶功分器15、16、17構(gòu)成。實現(xiàn)0°、90°、180°、270°四個饋電點饋電的方案是將功分器16輸出臂22的相位作為基準(zhǔn)，即0°相位，讓它的另外一個輸出臂23的長度相對22長λg/4，即相位落后90°，λg為導(dǎo)波波長；同理讓功分器17輸出臂25相對輸出臂24也落后90°，讓功分器15輸出臂到功分器17的輸入端比到功分器16輸入端的長度長λg/2，即相位落后180°，該180°與90°相加為270°，這樣就實現(xiàn)了功分器16的兩個輸出臂22、23和功分器17的兩個輸出臂24、25分別具有0°、-90°、-180、°-270°相位。把功分器16、17的輸出臂22、23、24、25分別與四個有源倒L型單極子5、4、3、2垂直導(dǎo)體的下端32、31、30、29相連，就構(gòu)成了雙頻或者寬帶右旋圓極化天線。為了在天線接地板7的下面安裝混合器和低噪聲放大器，本實用新型在饋電網(wǎng)絡(luò)13的下面附加了一個帶邊環(huán)20的金屬板21，該金屬板21與接地板7固定在一塊，并作為饋電網(wǎng)絡(luò)13中微帶功分器15、16、17的接地線。SFF-50-3同軸電纜26的內(nèi)導(dǎo)體33與微帶功分器15的輸入臂27相連，同軸電纜26的外導(dǎo)體34與金屬板21相連，同軸電纜26的另一端則與混合器或低噪聲放大器相連。
假定雙頻寬波束圓極化天線的工作頻段為f1和f2，且f2＞f1如BD-2兼容型用戶機中的GPS L1頻段f2和B3頻段f1。選取有源倒L型單極子中的垂直導(dǎo)體10和水平導(dǎo)體11之和約λ20/4，λ20為工作頻率f2所對應(yīng)的中心波長，在有源倒L型單極子尺寸的基礎(chǔ)上，調(diào)整寄生倒L單元9的尺寸及相對有源倒L型單極子的相對位置，使等效的倒L型單極子的長度約λ10/4，λ10為工作頻率f1所對應(yīng)的中心波長，就能使由四個寬帶倒L型單極子8構(gòu)成的圓極化天線在雙頻f1和f2工作。
本實用新型針對兼容型BD-2衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)只有一個輸出端口的GPS L1頻段和B3頻段，經(jīng)過仔細(xì)設(shè)計，根據(jù)所選擇的寬帶倒L型單極子的尺寸，進行了計算機仿真計算，其仿真結(jié)果是在GPS L1頻段φ＝0°，φ＝90°時，天線最大增益為6dBic，5°仰角增益為-2dBic，5°仰角軸比小于8dB。在B3頻段φ＝0°φ＝90°時，天線的最大增益為5.4dBic，5°仰角增益為-1.1dBic，10°以上仰角軸比小于6dB。
對于本領(lǐng)域的專業(yè)人員來說，在了解了本實用新型的內(nèi)容后，都可能在不背離本實用新型技術(shù)方案的情況下，進行形式和細(xì)節(jié)上的各種修正和改變，做出不限于四個寬帶倒L型單極子的天線結(jié)構(gòu)，但是這些基于本實用新型思想的修正和改變?nèi)栽诒緦嵱眯滦偷臋?quán)利要求保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種有良好低仰角性能的雙頻寬波束圓極化天線，包括有源倒L型單極子和接地板，其特征在于有源倒L型單極子(2)、(3)、(4)、(5)均布在接地板(7)的圓周上，并依次按0°、90°、180°、270°相位關(guān)系設(shè)置饋電，組成饋電網(wǎng)絡(luò)(13)；每個有源倒L型單極子的水平導(dǎo)體(11)末端固定有寄生倒L單元(9)，構(gòu)成寬帶倒L型單極子(8)；該寄生倒L單元的垂直導(dǎo)體(12)分別與有源倒L型單極子的垂直導(dǎo)體(10)平行，與接地板(7)垂直；該寄生倒L單元的水平導(dǎo)體(14)與有源倒L型單極水平導(dǎo)體(11)和平行接地板(7)平行，并由圓周指向圓心。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙頻寬波束圓極化天線，其特征在于饋電網(wǎng)絡(luò)(13)是用印刷電路制成微帶功分器(15)、(16)、(17)組成，該功分器(16)、(17)的輸出臂(22)、(23)和(24)、(25)分別與四個寬帶倒L型單極子(8)垂直導(dǎo)體的下端(32)、(31)、(30)、(29)相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的圓極化天線，其特征在于有源倒L型單極子的0°、90°、180°、270°相位關(guān)系設(shè)置，分別將功分器(16)的一個輸出臂(22)的相位作為基準(zhǔn)，即0°相位，將另外一個輸出臂(23)的長度相對輸出臂(22)長λg/4，即相位落后90°，將功分器(17)輸出臂(25)相對輸出臂(24)也落后90°，將功分器(15)輸出臂到功分器(17)的輸入端比到功分器(16)輸入端的長度長λg/2，即相位落后180，該180°與90°相加為270°，λg為導(dǎo)波波長。
專利摘要本實用新型提供了一種有良好低仰角性能的雙頻或?qū)掝l帶寬波束圓極化天線。主要由有源倒L型單極子和接地板構(gòu)成，該有源倒L型單極子2、3、4、5均布在接地板7的圓周上，并依次按0°、90°、180°、270°相位關(guān)系設(shè)置饋電，組成饋電網(wǎng)絡(luò)13；每個有源倒L型單極子的水平導(dǎo)體11末端固定有寄生倒L單元9，構(gòu)成寬帶倒L型單極子8；寄生倒L單元的垂直導(dǎo)體12分別與有源倒L型單極子的垂直導(dǎo)體10平行，與接地板7垂直；該寄生倒L單元的水平導(dǎo)體14與有源倒L型單極水平導(dǎo)體11和平行接地板7平行，并由圓周指向圓心。具有低仰角性能好，頻帶寬，輻射效率高等優(yōu)點，特別適合作只有一個輸出端口對低仰角性能有要求的雙頻或?qū)掝l帶寬波束圓極化用戶機天線。
文檔編號H01Q9/04GK2865037SQ20052007925
公開日2007年1月31日 申請日期2005年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月16日
發(fā)明者劉軍州, 黃友火, 雷敏, 賀大志, 張培團, 俱新德 申請人:西安海天天線科技股份有限公司