專利名稱：一種用于船用衛(wèi)星電話系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)場天線的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)場天線，尤其涉及一種用于船用衛(wèi)星電話系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)場天線。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代科學技術(shù)，特別是電子、計算機和通信等高新技術(shù)的迅速發(fā)展，推動了世界各 國航運業(yè)的發(fā)展。中國1991年6月建成并開通了 IN-MARSAT-A北京海事衛(wèi)星地面站，可為 太平洋和印度洋兩洋區(qū)的海、陸用戶提供衛(wèi)星移動通信服務。船舶在航行過程中能否穩(wěn)定 的接收到通信信號，不僅對推進航運業(yè)的發(fā)展有著重要影響，更關(guān)系到船舶的安全航行問 題。 目前船舶在海上航行時主要通過螺旋天線接收來自海上通信衛(wèi)星的信號，以進行 正常的電話通信。螺旋天線的天線波束角為70度，也就是說在垂直方向士35度范圍內(nèi)可以 正常接收到信號。這種天線在陸地上使用時可以正常接收到信號，不會出現(xiàn)無法接收到信 號或信號減弱的問題，因為陸地上當通信衛(wèi)星在對地夾角過大時會有新的衛(wèi)星到達合適的 位置，從而使螺旋天線仍可以接收到信號。然而上述的螺旋天線在海上海浪較大的情況下， 由于船只的擺動和衛(wèi)星本身的對地夾角的疊加，經(jīng)常會出現(xiàn)無法接收到信號或者接收到信 號但信號強度不夠不能保證正常通話的情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于船用衛(wèi)星電話系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)場天線，取代
螺旋天線，增加天線波束角，擴大接收信號的范圍，提高電話接通率。 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 提供一種用于船用衛(wèi)星電話系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)場天線，包括水平放置的接地板、平放在 所述接地板上表面的反射板和垂直安裝在所述接地板上的天線振子，其特征在于
所述接地板上固定安裝有振子支架，在所述振子支架上安裝有兩個尺寸相同且在 空間交叉90度放置的天線振子，所述天線振子向下傾斜25到35度；在所述天線振子的中 間還設置有調(diào)諧貼片。 所述反射板上集成有一饋電網(wǎng)絡，所述饋電網(wǎng)絡包括位于所述反射板中心的A端 口 、B端口 、C端口以及電長度為90度的傳輸線。所述B端口禾P C端口通過同軸線分別電連 接于一個所述的天線振子。 能量從所述A端口輸入，經(jīng)過一個Wilkinson 二功分器后平均分為兩路，第一路通 過所述傳輸線后得到90度的相位延遲到達所述B端口 ，第二路直接到達所述C端口 ，實現(xiàn) 為兩個天線振子正交饋電。 所述反射板為圓形金屬片構(gòu)成，所述反射板的表面積小于所述接地板，使其可以 平放在所述接地板的上表面。 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的 益技術(shù)效果是1、利用饋電網(wǎng)絡對兩個天線振子正交饋電，可在垂直于兩振子軸的方向上建立圓極化場；2、使天線波束角由75度擴大到90 度以上并增加了增益，加強了海上衛(wèi)星信號的覆蓋和接收范圍，船舶即使在海上波浪較大 的情況下也能正常通信。


圖1是本發(fā)明實施例提供的用于船用衛(wèi)星電話系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)場天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明實施例提供的用于船用衛(wèi)星電話系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)場天線，其振子部分的 結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明實施例提供的用于船用衛(wèi)星電話系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)場天線，其饋電網(wǎng)絡的 結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4a是無饋電網(wǎng)絡只帶反射板的印刷偶極子旋轉(zhuǎn)場天線S參數(shù)的曲線圖；
圖4b是無饋電網(wǎng)絡只帶反射板的印刷偶極子旋轉(zhuǎn)場天線輸入抗阻的曲線圖；
圖4c是無饋電網(wǎng)絡只帶反射板的印刷偶極子旋轉(zhuǎn)場天線的方向曲線圖；
圖5a是帶饋電網(wǎng)絡和反射板的印刷偶極子旋轉(zhuǎn)場天線的整體駐波比的曲線圖；
圖5b是帶饋電網(wǎng)絡和反射板的印刷偶極子旋轉(zhuǎn)場天線S參數(shù)的曲線圖；
圖5c是帶饋電網(wǎng)絡和反射板的印刷偶極子旋轉(zhuǎn)場天線S的方向曲線圖；
圖6a是本發(fā)明實施例提供的用于船用衛(wèi)星電話系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)場天線，在微波暗室 下頻率為1.525GHz時的方向曲線圖； 圖6b是本發(fā)明實施例提供的用于船用衛(wèi)星電話系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)場天線，在微波暗室
下頻率為1.60GHz時的方向曲線圖； 圖7是一種十字天線的坐標系統(tǒng)示意圖； 圖8是一種十字天線的坐標系統(tǒng)中y軸與x軸所組成的平面上任一點p的輻射場 的瞬時值。
具體實施例方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。 圖1示出了本發(fā)明實施例提供的用于船用衛(wèi)星電話系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)場天線的結(jié)構(gòu)。所 述的旋轉(zhuǎn)場天線包括水平放置的圓形接地板1、位于所述接地板1正上方的反射板2、安裝 在振子支架上的兩個尺寸相同且在空間交叉90度放置的天線振子3、饋電網(wǎng)絡4和調(diào)諧貼 片5。所述反射板2為圓形金屬片構(gòu)成，所述反射板2的表面積小于接地板l，使其可以平 放在所述接地板1的上表面。所述接地板1用于支撐所述反射板2以及所述天線振子3 ;所 述反射板2能把功率反射到單側(cè)方向，提高增益。所述饋電網(wǎng)絡4集成在所述反射板2上， 用于為所述的兩個天線振子3正交饋電。圖2示出了本發(fā)明實施例提供的旋轉(zhuǎn)場天線的振 子部分的結(jié)構(gòu)，如圖2所示，所述天線振子3中間設置有一所述的調(diào)諧貼片5，其長度不大于 所述兩個天線振子之間的最短距離，用于調(diào)整所述的旋轉(zhuǎn)場天線的諧振頻率。所述天線振 子3的長度為1/2波長，并向下傾斜25到35度。 圖3示出了本發(fā)明實施例提供的用于船用衛(wèi)星電話系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)場天線的饋電網(wǎng)
4絡的結(jié)構(gòu)。如圖3所示，所述饋電網(wǎng)絡4包括A端口 6、B端口 7和C端口 8三個端口以及 傳輸線9。所述A端口位于所述反射板2的中心，所述B端口 7通過同軸線電連接于其中一 個所述的天線振子，所述C端口 8通過同軸線電連接于另一個所述的天線振子3。所述饋電 網(wǎng)絡4通過功分、移相的方式實現(xiàn)兩個天線振子3的正交饋電，以達到所述的旋轉(zhuǎn)場天線軸 向方向上的圓極化。能量從所述A端口 6輸入，經(jīng)過一個Wilkinson 二功分器后平均分為 兩路，第一路通過一段電長度為90。的所述傳輸線9后得到90。的相位延遲到達所述B端 口 7，第二路直接到達所述C端口 8 ;所述B端口 7和所述C端口 8經(jīng)過一段同軸線后，分別 對所述的兩個天線振子3饋電，實現(xiàn)饋電相位的正交。 本技術(shù)領域的技術(shù)人員可以理解，兩個尺寸相同在空間交叉90。放置，饋電電流 幅度相等且饋電電流有90。相位差的振子就可以在垂直于兩振子軸的方向上建立圓極化 場，其他方向為線極化和橢圓極化場。為了充分解釋本發(fā)明，下面結(jié)合具體的實例進行分析 說明。圖7示出了一種十字天線的坐標系統(tǒng)，請參照圖7，首先討論圖7所示天線在yz面上 的輻射場。設






。e (1)
則y方向的電流為I。e"2的振子在此面上任一點p的輻射場為
《=-^4-*co" (2)
Z方向電流為I。的振子在同一點的輻射場為
^4—A.sin^ (3)
p點的總輻射場為
& =_^!(—cos^ + 乂sjn。e-力 (4)
輻射場的幅度E為
豐^ (5) 由式(5)看到，在yz面上輻射場的幅度與方向無關(guān)，即是無方向性的，又電場矢j 在9方向不隨時間而變化，所以在yz面上是線極化波。 下面再看y軸與x軸所組成的平面上任一點p的輻射場的瞬時值，請參考圖8，

z方向的振子在p點的輻射場之瞬時值為 將式(6) (7)分別用三角函數(shù)表示，則有
5
式中，A =^!COS(W ，^ ，所以可得
<formula>formula see original document page 6</formula> 式(9)是一個標準的橢圓方程，可見，在xy平面內(nèi)任一點p的電場矢量隨時間變 化時的矢量端點的軌跡是一個橢圓，故均是橢圓極化波，其中A$是橢圓的短軸，Be是長軸，
其軸比
(10) 當小=0時，即在正x軸上，此時A, = Be，則式(10)變?yōu)閳A方程，可見在正x軸 上的輻射場是圓極化波，此時的軸比為1。 若小=士Ji/2，即在y軸上，此時A, 二0，故只有E/'，所以輻射場是線極化波。
若求在y軸與負x軸所構(gòu)成的半平面上的輻射場，只要將圖8所示的坐標(包括 振子)繞z軸旋轉(zhuǎn)180° ，即可看出在此平面上的輻射場也是橢圓極化波，只是旋向和另半 平面上的相反。 在xz面上輻射場的情況與xy面上類似，唯此面對y方向的振子是赤道面，面對z 方向的振子則為子平面，所以橢圓極化波的E/ >Ee〃 ，極化橢圓的長軸為A,二60Ji1。1/ 入r，短軸為B e = 60 Ji 10/入rsin e 。 同樣道理，在xy， xz平面以外的空間(yz面除外)也都是橢圓極化波。 綜上所述，本發(fā)明實施例所述的旋轉(zhuǎn)場天線的天線振子能在垂直于兩振子軸的方
向上建立圓極化場，其他方向為線極化和橢圓極化場。 本發(fā)明實施例所述的旋轉(zhuǎn)場天線具有寬波瓣、較高增益的特點，半功率波瓣寬度 90度，增益超過5dBi。由于半功率波瓣寬度超過90度，因此可以在垂直于天線振子的正負 45度范圍內(nèi)接收到信號。為了便于理解本發(fā)明采用的技術(shù)特征的作用，下面結(jié)合仿真計算 的數(shù)據(jù)對本發(fā)明進行說明。 圖4a、4b、4c分別是無饋電網(wǎng)絡只帶反射板的印刷偶極子旋轉(zhuǎn)場天線的S參數(shù)、輸
入抗阻和方向的曲線圖。由圖4a、4b及圖4c可知，當沒有饋電網(wǎng)絡時，天線的頻率范圍是
1. 440-2. 341GHz，增益為4. 9dBi，半功率波瓣寬度為70° ，輸入阻抗62. 17 Q 。 圖5a、5b、5c分別是帶饋電網(wǎng)絡和反射板的印刷偶極子旋轉(zhuǎn)場天線的整體駐波
比、S參數(shù)和方向的曲線圖。由圖5a、5b及圖5c可知，當有饋電網(wǎng)絡時，天線的頻率范圍是
1. 278-2. 182GHz，增益為5. 2dBi，半功率波瓣寬度為70° ，輸入阻抗62 Q 。 以上仿真計算的結(jié)果說明，當給天線加上饋電網(wǎng)絡后，天線的增益變大，輸入阻抗
減小。由于本實施例所述的旋轉(zhuǎn)場天線帶有饋電網(wǎng)絡，因此可以使所述旋轉(zhuǎn)場天線的增益
變大。本實施例所述的旋轉(zhuǎn)場天線，通過安裝尺寸相同且在空間交叉90度放置的天下振
子，并讓天線振子向下傾斜25度到35度，設置一調(diào)諧貼片從而實現(xiàn)增加波瓣寬度。 圖6a和6b分別是本發(fā)明實施例提供的如圖1所述的旋轉(zhuǎn)場天線在微波暗室下頻
率為1. 525GHz和1. 60GHz時的方向曲線圖。由圖6a及6b中可看出，所述的旋轉(zhuǎn)場天線在
6前半空間均勻輻射，半功率波瓣寬度很寬，可達120° 。 綜上所述，本發(fā)明實施例提供的用于船用衛(wèi)星電話系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)場天線，可以增大
天線的波束角，使得天線的波束角由目前的70。擴大到9(T以上，可以增大天線的增益，
船舶即使在海浪較大的情況下利用本發(fā)明所述的旋轉(zhuǎn)場天線也可以實現(xiàn)電話通信。 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精
神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于船用衛(wèi)星電話系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)場天線，包括水平放置的接地板(1)、平放在所述接地板(1)上表面的反射板(2)和垂直安裝在所述接地板(1)上的天線振子(3)，其特征在于所述接地板(1)上固定安裝有振子支架，在所述振子支架上安裝有兩個尺寸相同且在空間交叉90度放置的天線振子(3)，所述天線振子(3)向下傾斜25到35度；在所述天線振子(3)的中間還設置有調(diào)諧貼片(5)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于船用衛(wèi)星電話系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)場天線，其特征在于所述反 射板(2)上集成有一饋電網(wǎng)絡(4)，所述饋電網(wǎng)絡(4)包括位于所述反射板(2)中心的A端 口 (6)、B端口 (7)、C端口 (8)以及電長度為90度的傳輸線(9)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于船用衛(wèi)星電話系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)場天線，其特征在于所 述天線振子(3)的長度為1/2波長，并向下傾斜30度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于船用衛(wèi)星電話系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)場天線，其特征在于所述B 端口 (7)和C端口 (8)通過同軸線分別電連接于一個所述的天線振子(3)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于船用衛(wèi)星電話系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)場天線，其特征在于能量從 所述A端口 (6)輸入，經(jīng)過一個Wilkinson 二功分器后平均分為兩路，第一路通過所述傳輸 線(9)后得到90度的相位延遲到達所述B端口 (7)，第二路直接到達所述C端口 (S)，實現(xiàn) 為兩個天線振子(3)正交饋電。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于船用衛(wèi)星電話系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)場天線，其特征在于所 述反射板(2)由圓形金屬片構(gòu)成，所述反射板(2)的表面積小于所述接地板(l)，使其可以 平放在所述接地板(1)的上表面。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于船用衛(wèi)星電話系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)場天線，包括水平放置的接地板(1)以及平放在所述接地板(1)上表面的反射板(2)和振子支架，在所述振子支架上安裝有兩個尺寸相同且在空間交叉90度放置的天線振子(3)，所述天線振子(3)長度為1/2波長，并向下傾斜25到35度；在所述天線振子(3)的中間還設置有一調(diào)諧貼片(5)，所述反射板(2)上集成有一饋電網(wǎng)絡(4)為兩個天線振子(3)正交饋電。本發(fā)明可在垂直于兩振子軸的方向上建立圓極化場，能使天線波束角擴大到90度以上，船舶即使在海上波浪較大的情況下也能正常通信。
文檔編號H01Q21/24GK101710643SQ20091011003
公開日2010年5月19日 申請日期2009年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月3日
發(fā)明者陳華平 申請人:陳華平