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Ku波段低剖面雙頻雙極化陣列天線的制作方法

文檔序號(hào):6999924閱讀:360來源:國知局
專利名稱:Ku波段低剖面雙頻雙極化陣列天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于衛(wèi)星通信技術(shù)領(lǐng)域的天線,具體是一種工作于Ku波段的低剖面雙頻雙極化陣列天線。
背景技術(shù)
現(xiàn)今移動(dòng)影音、無線電配備及無線網(wǎng)絡(luò)愈來愈多樣化,例如數(shù)字無線電視、收音機(jī)、衛(wèi)星導(dǎo)航及無線網(wǎng)絡(luò)等均利用無線傳輸,而這些通訊系統(tǒng)的運(yùn)作,都必須通過天線來負(fù)責(zé)信號(hào)的傳送與接收,因此天線是無線系統(tǒng)中非常重要的一個(gè)部分。同時(shí),現(xiàn)代航天、通信、 雷達(dá)等軍民應(yīng)用領(lǐng)域中,如機(jī)載、星載及各類衛(wèi)星通信系統(tǒng)朝著小型化、輕型化、多功能一體化方向發(fā)展。在性能方面,迫切需要能夠在多個(gè)頻率下工作、電磁兼容性好、不易受電子干擾、雷達(dá)散射截面(RCS)小、具有隱身/反隱身特性的高性能陣列天線。集成多種功能于一副天線,既可以實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo),還能簡(jiǎn)化系統(tǒng),如同時(shí)實(shí)現(xiàn)寬帶、雙頻、雙極化工作特性。微帶天線和常用的微波天線相比,具有體積小、重量輕、剖面低、便于與載體共形; 性能多樣化,易于得到各種極化等優(yōu)點(diǎn)。因此,有許多文獻(xiàn)研究了利用微帶天線實(shí)現(xiàn)雙頻雙極化的需求。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn),傳統(tǒng)的利用微帶天線實(shí)現(xiàn)雙頻雙極化的做法有R. Shavit等人發(fā)表在2005年8月電子短文(IEE Proceedings Microwaves,Antennas & !Propagation)第152卷,第4期的文章雙頻圓極化微帶天線(Dual frequency circularly polarized microstrip antenna),提出了利用雙層輻射貼片實(shí)現(xiàn)雙頻雙圓極化,兩個(gè)貼片分別工作于兩個(gè)頻段,這種結(jié)構(gòu)天線尺寸較大,口面效率也不高,相對(duì)阻抗帶寬較窄。L. Tso-Wei 等人發(fā)表在 2005 年 4 月電子短文(IEEE/ACES International Conference)白勺文 $ 雙步) 圓 t及 U ■帶^ 線(Dual band circularly polarized microstrip antenna),提出利用兩個(gè)輻射貼片嵌套的形式,嵌套的兩個(gè)貼片均工作于主模,這種結(jié)構(gòu)由于存在外貼片的匹配限制,要求較大的內(nèi)外貼片尺寸比,因此需要電容加載或運(yùn)用于較大頻率比的情況。史清等人發(fā)表在2004年12月的微波學(xué)報(bào)第20卷,第4期的文章雙頻雙圓極化微帶天線實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),提出了采用單貼片口徑耦合天線同時(shí)增大基片厚度,達(dá)到同時(shí)覆蓋兩個(gè)工作頻率的效果,這種結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生大量表面波影響天線輻射效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足和缺陷,提供了一種Ku波段低剖面雙頻雙極化陣列天線,使之能夠滿足當(dāng)前Ku波段衛(wèi)星通信的收發(fā)頻段的阻抗寬帶需求, 水平極化與垂直極化端口隔離度優(yōu)于30dB。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的,本發(fā)明所述Ku波段低剖面雙頻雙極化陣列天線由八層結(jié)構(gòu)組成的多層夾心結(jié)構(gòu),依次為寄生單元層、第一介質(zhì)板層、空氣層、激勵(lì)單元及第一極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)層、第二介質(zhì)板層、接地板層、第三介質(zhì)板層和第二極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)層,其中寄生單元層內(nèi)設(shè)有矩形貼片結(jié)構(gòu)的寄生單元,該寄生單元緊貼第一介質(zhì)板層,激勵(lì)單元及第一極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)設(shè)有矩形貼片結(jié)構(gòu)的激勵(lì)單元以及以側(cè)饋形式饋電的第一極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò),第二極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)設(shè)有通過探針與激勵(lì)單元相連的第二極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò),寄生單元層緊貼第一介質(zhì)板層,激勵(lì)單元和第一極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)位于同一層表面上,第二極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)通過探針與激勵(lì)單元相連。本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比,其效果是積極和明顯的。本發(fā)明因?yàn)檎w采用多層夾心結(jié)構(gòu),使天線的剖面很低。采用單個(gè)貼片實(shí)現(xiàn)雙頻雙極化功能,通過附加寄生貼片,擴(kuò)展了帶寬,并提高了增益,也使天線的口面利用效率獲得改善。采用網(wǎng)絡(luò)的分層設(shè)計(jì)提高了兩極化端口的隔離度。擴(kuò)展組陣時(shí),相鄰單元等幅反相饋電,也降低了交叉極化。本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)經(jīng)過優(yōu)化布局,使其損耗盡可能小,也使得天線的整體增益盡可能高。因此,本發(fā)明具有低剖面、高增益、高隔離度和雙頻雙極化等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為實(shí)施例部分結(jié)構(gòu)示意圖;圖中(a)為寄生單元結(jié)構(gòu)示意圖,(b)為第一極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)圖及激勵(lì)貼片示意圖,(c)為第二極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)圖。圖3為天線第一極化E面方向圖和交叉極化的仿真與實(shí)測(cè)值。圖4為天線第一極化H面方向圖和交叉極化的仿真與實(shí)測(cè)值。圖5為天線第一極化增益的仿真與實(shí)測(cè)值。圖6為天線第二極化E面方向圖和交叉極化的仿真與實(shí)測(cè)值。圖7為天線第二極化H面方向圖和交叉極化的仿真與實(shí)測(cè)值。圖8為天線第二極化增益的仿真與實(shí)測(cè)值。圖9為天線上兩種極化端口隔離度的仿真與實(shí)測(cè)值。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明,本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施,給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程,但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例如圖1和圖2所示,本實(shí)施例所述Ku波段低剖面雙頻雙極化陣列天線由八層結(jié)構(gòu)組成的多層夾心結(jié)構(gòu),依次為寄生單元層1、第一介質(zhì)板層2、空氣層3、激勵(lì)單元4及第一極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)5層、第二介質(zhì)板層6、接地板層7、第三介質(zhì)板層8和第二極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)層9,其中所述的寄生單元層1緊貼第一介質(zhì)板層2。所述的激勵(lì)單元4和第一極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)5位于同一層表面上。所述的第二極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)9通過探針10與激勵(lì)單元4相連。所述的介質(zhì)板層采用低介電常數(shù)來改善天線的帶寬和增益,單元介質(zhì)板尺寸為 16. 8mmX18mmX0. 762mm,介電常數(shù)為 2. 55。
所述的激勵(lì)單元采用矩形貼片結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)雙頻雙極化功能,單元激勵(lì)貼片尺寸為 6. 2mmX 6. 8mmX0. 035mmo所述的寄生單元采用矩形貼片結(jié)構(gòu)提高天線的帶寬和增益,單元寄生貼片尺寸為 5. 6mmX 7. OmmX 0. 035mmo所述的第一極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)采用共面微帶線激勵(lì),實(shí)現(xiàn)天線單元的第一極化輻射。所述的探針采用圓柱結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)貼片的激勵(lì)并在結(jié)構(gòu)上起到支撐和加固作用,探針直徑為0. 55mm。所述的第二極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)采用微帶線結(jié)合探針激勵(lì),實(shí)現(xiàn)天線單元的第二極
化輻射。以16元陣為例陣列天線以單元為基礎(chǔ),進(jìn)行等間距擴(kuò)展組陣。16個(gè)天線單元 4X4地排列在長(zhǎng)方形口面上,且這16個(gè)單元分成鏡像對(duì)稱的四組,每組經(jīng)由微帶連接線采用并聯(lián)饋電技術(shù)連接構(gòu)成16元陣列,用于同時(shí)接收與發(fā)送Ku波段的信號(hào)。16元陣列天線由八層結(jié)構(gòu)組成,從上往下,依次是寄生單元層1、第一介質(zhì)板層2、空氣層3、激勵(lì)單元4及第一極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)5層、第二介質(zhì)板層6、接地板層7、第三介質(zhì)板層8和第二極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)層9,形成一個(gè)多層夾心結(jié)構(gòu)。其中4X4寄生單元1,并緊貼第一介質(zhì)板層2。 4X4激勵(lì)單元2是矩形貼片緊貼第二介質(zhì)板層6。16元陣列第一極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)層5中,每?jī)蓚€(gè)單元按照1 1的功率比例和180 度的相差進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)合成,然后再按照1 1的功率比例向上級(jí)聯(lián)進(jìn)行二級(jí)網(wǎng)絡(luò)合成,依次類推,形成三級(jí)、四級(jí)網(wǎng)絡(luò)合成,最終合成為一個(gè)第一極化饋電輸入口。第二極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)層9中,每個(gè)激勵(lì)單元4通過探針10向下穿過第二介質(zhì)板層6與第二極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)9相連。每?jī)蓚€(gè)單元按照1 1的功率比例和180度的相差進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)合成,然后再按照 1 1的功率比例向上級(jí)聯(lián)進(jìn)行二級(jí)網(wǎng)絡(luò)合成,依次類推,形成三級(jí)、四級(jí)網(wǎng)絡(luò)合成,最終合成為第二極化饋電輸入口。第一極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)層5和第二極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)層9中采用多節(jié)阻抗匹配變換以拓展帶寬。本實(shí)施例的Ku波段雙頻雙極化陣列天線經(jīng)實(shí)際測(cè)試表明兩種極化方向在主輻射方向的最大增益分別為18. 6dBi與18. 7dBi,端口隔離優(yōu)于33. 3dB,交叉極化低于_30dB。 水平極化端口駐波比小于2的相對(duì)帶寬為14. 56% ;垂直極化端口駐波比小于2的相對(duì)帶寬為10. 2%。
權(quán)利要求
1.一種Ku波段低剖面雙頻雙極化陣列天線,其特征在于,所述Ku波段低剖面雙頻雙極化陣列天線由八層結(jié)構(gòu)組成的多層夾心結(jié)構(gòu),依次為寄生單元層、第一介質(zhì)板層、空氣層、 激勵(lì)單元及第一極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)層、第二介質(zhì)板層、接地板層、第三介質(zhì)板層和第二極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)層,寄生單元層內(nèi)設(shè)有矩形貼片結(jié)構(gòu)的寄生單元,該寄生單元緊貼第一介質(zhì)板層,激勵(lì)單元及第一極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)設(shè)有矩形貼片結(jié)構(gòu)的激勵(lì)單元以及以側(cè)饋形式饋電的第一極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò),第二極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)設(shè)有通過探針與激勵(lì)單元相連的第二極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò),寄生單元層緊貼第一介質(zhì)板層,激勵(lì)單元和第一極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)位于同一層表面上,第二極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)通過探針與激勵(lì)單元相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ku波段低剖面雙頻雙極化陣列天線,其特征是, 所述的介質(zhì)板層采用低介電常數(shù)來改善天線的帶寬和增益,單元介質(zhì)板尺寸為 16. 8mmX18mmX0. 762mm,介電常數(shù)為 2. 55。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ku波段低剖面雙頻雙極化陣列天線,其特征是, 所述的激勵(lì)單元采用矩形貼片結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)雙頻雙極化功能,單元激勵(lì)貼片尺寸為 6. 2mmX 6. 8mmX0. 035mmo
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ku波段低剖面雙頻雙極化陣列天線,其特征是, 所述的寄生單元采用矩形貼片結(jié)構(gòu)提高天線的帶寬和增益,單元寄生貼片尺寸為 5. 6mmX 7. OmmX 0. 035mmo
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ku波段低剖面雙頻雙極化陣列天線,其特征是,所述的第一極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)采用共面微帶線激勵(lì),實(shí)現(xiàn)天線單元的第一極化輻射。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ku波段低剖面雙頻雙極化陣列天線,其特征是,所述的探針采用圓柱結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)貼片的激勵(lì)并在結(jié)構(gòu)上起到支撐和加固作用,探針直徑為0. 55mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ku波段低剖面雙頻雙極化陣列天線,其特征是,所述的第二極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)采用微帶線結(jié)合探針激勵(lì),實(shí)現(xiàn)天線單元的第二極化輻射。
全文摘要
一種衛(wèi)星通信技術(shù)領(lǐng)域的Ku波段低剖面雙頻雙極化陣列天線,由八層結(jié)構(gòu)組成的多層夾心結(jié)構(gòu),依次為寄生單元層、第一介質(zhì)板層、空氣層、激勵(lì)單元及第一極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)層、第二介質(zhì)板層、接地板層、第三介質(zhì)板層和第二極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)層。本發(fā)明能夠滿足當(dāng)前Ku波段衛(wèi)星通信的收發(fā)頻段的阻抗寬帶需求,水平極化與垂直極化端口隔離度優(yōu)于30dB。
文檔編號(hào)H01Q21/24GK102280718SQ201110109938
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者葉聲, 張麗清, 徐燁, 曾勇, 朱宏軍, 梁仙靈, 耿軍平, 金榮洪 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué), 山東英特力光通信開發(fā)有限公司
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