適于便攜式氣象衛(wèi)星接收機(jī)的高增益低副瓣微帶陣列天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及射頻接收機(jī)天線領(lǐng)域，具體涉及一種適于便攜式氣象衛(wèi)星接收機(jī)的高增益低副瓣微帶陣列天線。
【背景技術(shù)】
[0002]人們獲取氣象信息的途徑有很多，電視、報(bào)紙、互聯(lián)網(wǎng)都會(huì)及時(shí)更新，對(duì)于某些對(duì)天氣有特殊需求的客戶(hù)，一些網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商還會(huì)提供信息推送服務(wù)，及時(shí)向用戶(hù)客戶(hù)端(如手機(jī))發(fā)送氣象信息，十分方便。然而，以上這些途徑還是有一定的局限性，在一些網(wǎng)絡(luò)、媒體條件比較苛刻的地方，比如山區(qū)、沙漠、海洋等地方，人們只能通過(guò)一些特殊途徑獲取氣象信息以指導(dǎo)生產(chǎn)活動(dòng)。其中，氣象信息衛(wèi)星廣播系統(tǒng)就是一種適應(yīng)性強(qiáng)、穩(wěn)定性高、及時(shí)性好的信息傳播方式。在該系統(tǒng)中，由地面氣象站負(fù)責(zé)將氣象信息發(fā)送至衛(wèi)星，再由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)至地面，用戶(hù)可以通過(guò)終端設(shè)備直接接收由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的信息。由于衛(wèi)星信號(hào)覆蓋區(qū)域廣泛，接收終端表現(xiàn)出極強(qiáng)的適應(yīng)性，幾乎可以在信號(hào)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)死角接收，而且接收終端不依賴(lài)于地面網(wǎng)絡(luò)，不受網(wǎng)絡(luò)環(huán)境影響，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于航海、軍事以及部分民用領(lǐng)域。
[0003]目前，我國(guó)已經(jīng)具備了較強(qiáng)的氣象衛(wèi)星自主研發(fā)能力。根據(jù)《“十一五”和2020年前我國(guó)氣象衛(wèi)星發(fā)展規(guī)劃》的要求，我國(guó)已經(jīng)啟動(dòng)了下一代靜止氣象衛(wèi)星風(fēng)云四號(hào)的研制，風(fēng)云四號(hào)靜止氣象衛(wèi)星目標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。本發(fā)明立足于風(fēng)云二號(hào)，針對(duì)廣播系統(tǒng)中接收終端的天線技術(shù)進(jìn)行發(fā)明與設(shè)計(jì)。
[0004]傳統(tǒng)的衛(wèi)星接收終端一般是小型地面站，使用這種接收系統(tǒng)可直接接收衛(wèi)星信號(hào)，地域約束較小，并且可以獲取高質(zhì)量的氣象信息，但是這類(lèi)設(shè)備存在著體積大、成本高、維護(hù)復(fù)雜移動(dòng)性差等問(wèn)題，不利于設(shè)備的推廣。因此，需要設(shè)計(jì)一種成本低、體積小、性能好的便攜式氣象信息接收機(jī)，本發(fā)明即為此氣象信息接收機(jī)的配套天線。觀察已有的氣象信息接收機(jī)可以發(fā)現(xiàn)，天線一直是接收系統(tǒng)中最大的部件。非洲、南美洲等地的C波段天線直徑最大可達(dá)3.7m，即使是歐洲的Ku波段天線直徑也達(dá)到了 1.2m，安裝時(shí)顯得比較笨重也不便于移動(dòng)。之所以使用大天線是因?yàn)檩^大的接收面積可以提供較高的信號(hào)功率，提升接收機(jī)輸入端的信噪比，較高的輸入信噪比可以降低接收機(jī)噪聲系數(shù)要求，減小接收機(jī)設(shè)計(jì)難度。較小的天線可以帶來(lái)很大的便攜性，必要時(shí)用戶(hù)可以方便地移動(dòng)接收裝置的位置，而不像傳統(tǒng)的接收系統(tǒng)都是“一次性安裝”，安裝完畢后便不再移動(dòng)直至報(bào)廢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了減小天線體積，同時(shí)獲得較大的增益、較低的副瓣和一定的帶寬，達(dá)到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和方便攜帶的目標(biāo)，本發(fā)明提供了一種適于便攜式氣象衛(wèi)星接收機(jī)的高增益低副瓣微帶陣列天線，該天線在所需頻帶內(nèi)有較高的增益、較低的副瓣和較低的回波損耗。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明所述的適于便攜式氣象衛(wèi)星接收機(jī)的高增益低副瓣微帶陣列天線，包括介質(zhì)基板、設(shè)于介質(zhì)基板上表面的第一金屬層、設(shè)于介質(zhì)基板下表面的第二金屬層以及設(shè)于介質(zhì)基板中心的同軸背饋端口 ；所述第一金屬層上設(shè)有若干個(gè)微帶輻射單元，微帶輻射單元采用切比雪夫綜合法組陣排列并通過(guò)饋電網(wǎng)絡(luò)連接至所述同軸背饋端口。采用上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸下，能夠適用于便攜式氣象衛(wèi)星接收機(jī)，工作在L頻段，在帶寬內(nèi)(1667MHz?1697MHz)回波損耗低，最大增益大于16dB，第一副瓣低于-20dB。
[0007]進(jìn)一步完善上述技術(shù)方案，所述微帶輻射單元為12個(gè)，采用切比雪夫綜合法組陣除去四角的位置排列，即最上排和最下排為2個(gè)微帶輻射單元，中間兩排為4個(gè)微帶輻射單元，最上排和最下排的2個(gè)微帶輻射單元與中間兩排每排中間兩個(gè)輻射單元對(duì)齊。
[0008]進(jìn)一步地，所述饋電網(wǎng)絡(luò)包括不等分和等分T型功分網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)微帶輻射單元的排列，采用不等分T型功分網(wǎng)絡(luò)和等分T型功分網(wǎng)絡(luò)連接至位于介質(zhì)基板中心的同軸背饋端口，具有降低副瓣的作用。
[0009]進(jìn)一步地，所述微帶輻射單元4上開(kāi)有13道縫隙，具有擴(kuò)展帶寬的作用。縫隙豎直設(shè)置、從中間向兩邊縫隙的高度依次降低，每個(gè)輻射單元在對(duì)應(yīng)最中間縫隙處與饋電網(wǎng)絡(luò)連接。
[0010]進(jìn)一步地，所述介質(zhì)基板為Rogers4350B板材、板材厚度60mil，介電常數(shù)為3.48±0.05，損耗正切角 δ = 0.0037ο
[0011]進(jìn)一步地，所述第一金屬層采用銅制成，厚度為1Z ;所述第二金屬層采用銅制成，厚度為10Ζ。
[0012]進(jìn)一步地，所述同軸背饋端口為50歐姆SMA射頻接口。
[0013]進(jìn)一步的，所述天線的直徑為560mm。
[0014]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0015]1.本發(fā)明采用了切比雪夫綜合法并削去四個(gè)角的方式對(duì)微帶輻射單元進(jìn)行排列組陣，這樣的整體結(jié)構(gòu)使得天線面積進(jìn)一步減小，使用等分和不等分T型接功分網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)低副瓣的特性，實(shí)測(cè)第一副瓣低于_20dB。
[0016]2.本發(fā)明的微帶輻射單元采用切比雪夫綜合法組陣排列，提高了天線增益，實(shí)測(cè)最大增益約為16dB。
[0017]3.本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了工作在L頻段，采用四分之一阻抗變換枝節(jié)進(jìn)行匹配，在帶寬內(nèi)(1667MHz?1697MHz)回波損耗低。
[0018]4.本發(fā)明對(duì)微帶輻射單元采用開(kāi)縫的方式擴(kuò)展了帶寬，使得帶寬比普通矩形輻射單元增加，實(shí)測(cè)達(dá)到30MHz。
[0019]5.本發(fā)明的直徑560mm，較現(xiàn)有的氣象信息接收機(jī)天線，具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和便于攜帶的特點(diǎn)。
[0020]綜上所述，本發(fā)明公開(kāi)的適用于便攜式氣象衛(wèi)星接收機(jī)的高增益低副瓣微帶陣列天線在體積小和便于攜帶的同時(shí)，具有較高的增益和較低的副瓣，在帶寬內(nèi)具有較好的帶寬和輻射特性。此外還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工的特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是本發(fā)明天線的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2是天線的回波損耗實(shí)測(cè)圖。
[0023]圖3是天線的增益實(shí)測(cè)圖。
[0024]圖4是天線的E面方向圖(實(shí)測(cè))和交叉極化圖(實(shí)測(cè))。
[0025]圖5是天線的H面方向圖(實(shí)測(cè))和交叉極化圖(實(shí)測(cè))。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面通過(guò)附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0027]實(shí)施例1:如圖1所示的適于便攜式氣象衛(wèi)星接收機(jī)的高增益低副瓣微帶陣列天線，包括介質(zhì)基板1、設(shè)于介質(zhì)基板I上表面的第一金屬層2、設(shè)于介質(zhì)基板I下表面的第二層6以及設(shè)于介質(zhì)基板中心的同軸背饋端口 3。第一金屬層2包括12個(gè)微帶輻射單元4以及用于連接微帶輻射單元4的饋電網(wǎng)絡(luò)5 ;微帶輻射單元4為矩形貼片單元，表面刻有13道縫隙，由一邊中心接入饋電網(wǎng)絡(luò)5 ;饋電網(wǎng)絡(luò)5由幾種不等分和等分T型功分網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，最后接到同軸背饋端口 3，同軸背饋端口 3為50歐姆SMA射頻接口。
[0028]介質(zhì)基板I為Rogers4350B板材，介電常數(shù)為3.48±0.05，損耗正切角δ =0.0037，板材厚度為60mil (1.524mm)。上表面的第一金屬層2和下表面的第二金屬層6使用銅為材料，厚度為1Z (0.035mm)。
[0029]12個(gè)微帶輻射單元4采用切比雪夫綜合法組陣，并削去四個(gè)角的輻射單元進(jìn)一步減小天線面積，具體排布為上下兩排設(shè)置2個(gè)微帶輻射單元、中部?jī)膳旁O(shè)置4個(gè)微帶輻射單元，饋電網(wǎng)絡(luò)5由幾種不等分和等分T型功分網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，將最上排、中部上排和最下排、中部下排連接至位于中心的同軸背饋端口 3。每個(gè)微帶輻射單元4上開(kāi)有13道縫隙，具有擴(kuò)展帶寬的作用；饋電網(wǎng)絡(luò)5具有降低副瓣的作用。
[0030]圖2為天線的回波損耗實(shí)測(cè)圖。由圖可知，-1Odb帶寬為1667MHz?1697MHz，寬度30MHz，相對(duì)帶寬約1.8%，在寬度內(nèi)回波損耗低，實(shí)現(xiàn)了較好的共軛匹配。
[0031]圖3為天線的增益實(shí)測(cè)圖。從圖中可以看出天線的最大增益大于16dB。
[0032]圖4是天線的E面方向圖實(shí)測(cè)和交叉極化圖實(shí)測(cè)。從圖中可以看出天線的副瓣低于-20dB，交叉極化度低。
[0033]圖5是天線的H面方向圖實(shí)測(cè)和交叉極化圖實(shí)測(cè)。從圖中可以看出天線的副瓣低于-25dB，交叉極化度低。
[0034]如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)表示和表述了本發(fā)明，但其不得解釋為對(duì)本發(fā)明自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍前提下，可對(duì)其在形式上和細(xì)節(jié)上作出各種變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種適于便攜式氣象衛(wèi)星接收機(jī)的高增益低副瓣微帶陣列天線，其特征在于:包括介質(zhì)基板(I)、設(shè)于介質(zhì)基板(I)上表面的第一金屬層(2)、設(shè)于介質(zhì)基板(I)下表面的第二金屬層(6)以及設(shè)于介質(zhì)基板(I)中心的同軸背饋端口(3);所述第一金屬層上設(shè)有若干個(gè)微帶輻射單元(4)、微帶輻射單元(4)采用切比雪夫綜合法組陣排列并通過(guò)饋電網(wǎng)絡(luò)(5)連接至所述同軸背饋端口(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述適于便攜式氣象衛(wèi)星接收機(jī)的高增益低副瓣微帶陣列天線，其特征在于:所述微帶輻射單元(4)為12個(gè)，采用切比雪夫綜合法組陣除去四角的位置排列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適于便攜式氣象衛(wèi)星接收機(jī)的高增益低副瓣微帶陣列天線，其特征在于:所述饋電網(wǎng)絡(luò)(5)包括不等分和等分T型功分網(wǎng)絡(luò)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適于便攜式氣象衛(wèi)星接收機(jī)的高增益低副瓣微帶陣列天線，其特征在于:所述微帶輻射單元(4)上開(kāi)有13道縫隙。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于便攜式氣象衛(wèi)星接收機(jī)的高增益低副瓣微帶陣列天線，其特征在于:所述介質(zhì)基板(I)為Rogers4350B板材、板材厚度為60mil，電常數(shù)為3.48±0.05，損耗正切角 δ = 0.0037ο
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于便攜式氣象衛(wèi)星接收機(jī)的高增益低副瓣微帶陣列天線，其特征在于:所述第一金屬層(2)采用銅制成，厚度為10Ζ。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于便攜式氣象衛(wèi)星接收機(jī)的高增益低副瓣微帶陣列天線，其特征在于:所述第二金屬層(6)采用銅制成，厚度為10Ζ。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于便攜式氣象衛(wèi)星接收機(jī)的高增益低副瓣微帶陣列天線，其特征在于:所述同軸背饋端口(3)為50歐姆SMA射頻接口。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于便攜式氣象衛(wèi)星接收機(jī)的高增益低副瓣微帶陣列天線，其特征在于:所述天線的直徑為560mm。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種適于便攜式氣象衛(wèi)星接收機(jī)的高增益低副瓣微帶陣列天線，包括介質(zhì)基板、設(shè)于介質(zhì)基板上表面的第一金屬層、設(shè)于介質(zhì)基板下表面的第二金屬層以及設(shè)于介質(zhì)基板中心的同軸背饋端口；所述第一金屬層上設(shè)有若干個(gè)微帶輻射單元，微帶輻射單元通過(guò)饋電網(wǎng)絡(luò)連接至所述同軸背饋端口；所述微帶輻射單元為12個(gè)，采用切比雪夫綜合法組陣除去四角的位置排列；所述饋電網(wǎng)絡(luò)包括不等分和等分T型功分網(wǎng)絡(luò)。本實(shí)用新型在體積小和便于攜帶的同時(shí)，具有較高的增益和較低的副瓣，在帶寬內(nèi)具有較好的帶寬和輻射特性；此外還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工的特點(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】H01Q1-38, H01Q13-08, H01Q1-36, H01Q21-00
【公開(kāi)號(hào)】CN204596954
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520288247
【發(fā)明人】姜浩
【申請(qǐng)人】江蘇拓元科技發(fā)展有限公司
【公開(kāi)日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年5月6日