專(zhuān)利名稱(chēng)：一種寬頻帶雙極化天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉 及一種小型化寬頻帶雙極化天線，特別是涉及一種基于寄生單元、特 殊的貼片輻射單元結(jié)構(gòu)來(lái)改善天線駐波比的寬頻帶雙極化天線，屬于天線技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電子偵察衛(wèi)星是用于偵收敵方電磁輻射信號(hào)以獲取敵方情報(bào)的人造地球衛(wèi)星。 同步軌道的偵察衛(wèi)星有它自己的特點(diǎn)，它可以全天候、大范圍偵收天線服務(wù)區(qū)的電磁波 信號(hào)，信號(hào)穩(wěn)定、頻譜范圍寬。充分利用外層空間資源為戰(zhàn)場(chǎng)偵察監(jiān)視服務(wù)，正成為信 息時(shí)代局部戰(zhàn)爭(zhēng)的特點(diǎn)。因此，研究星載的電子偵察技術(shù)，跟蹤、監(jiān)視敵方區(qū)域的通 信、雷達(dá)以及導(dǎo)彈遙測(cè)遙控等各種信號(hào)，在未來(lái)的戰(zhàn)略或戰(zhàn)術(shù)行動(dòng)中具有非常重要的作 用，它不僅能了解敵方的軍事動(dòng)態(tài)，也對(duì)敵方具有極大的威懾作用。而由于偵察信號(hào)為 非合作信號(hào)，所以要求天線有極寬的工作帶寬，且具有雙極化能力，寬頻帶雙極化的天 線成為電子偵察衛(wèi)星應(yīng)用的迫切需要。為了提高偵收效果，要求天線全球覆蓋，這就需要大量的天線饋源，鑒于應(yīng)用 的衛(wèi)星平臺(tái)對(duì)天線的特殊要求，天線不僅要滿足電性能指標(biāo)要求，由于饋源陣規(guī)模很 大，為適應(yīng)平臺(tái)的布局要求，對(duì)天線的包絡(luò)尺寸、結(jié)構(gòu)特性也有很大的要求。現(xiàn)有公開(kāi) 的或已知的寬頻帶雙極化天線很難同時(shí)滿足電性能與結(jié)構(gòu)性能的應(yīng)用需求。目前現(xiàn)有的該類(lèi)天線的貼片輻射單元多采用菱形、方形或雨滴形的貼片輻射單 元的設(shè)計(jì)方案，但方形、菱形貼片存在阻抗帶寬相對(duì)較窄，雨滴形貼片存在方向圖主瓣 在頻率高端的分瓣現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種通過(guò)使用寄生單元 和十字花瓣形金屬貼片實(shí)現(xiàn)寬頻帶雙極化的天線，實(shí)現(xiàn)了天線在L/S頻段(0.8GHz 2.7GHz)工作。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種寬頻帶雙極化天線，包括反射腔、寄生單元、 貼片輻射單元和同軸饋電電纜，貼片輻射單元由四個(gè)結(jié)構(gòu)、尺寸相同的花瓣形金屬貼片 十字交叉而成，寄生單元通過(guò)介質(zhì)支桿支撐固定在反射腔的上方，貼片輻射單元固定安 裝在反射腔的頂部，使用兩根同軸饋電電纜，每根同軸饋電電纜與一對(duì)對(duì)稱(chēng)的金屬貼片 連接，即一根同軸饋電電纜的外導(dǎo)體焊接在一個(gè)金屬貼片上，同軸饋電電纜的內(nèi)導(dǎo)體通 過(guò)跨接片焊接在與其對(duì)稱(chēng)的金屬貼片上。所述的寄生單元為頂部開(kāi)口、底部封口的金屬空腔，截面可以是圓形、方形、 三角形或異形。所述的貼片輻射單元采用印刷電路板工藝，在鍍銅介質(zhì)板上刻蝕四片花瓣形的 金屬貼片。所述的反射腔為頂部開(kāi)口、底部封口的金屬空腔。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理偶極子天線是一種可以實(shí)現(xiàn)小型化的寬帶天線，在其背后加反射腔可以實(shí)現(xiàn)單 向輻射。本發(fā)明對(duì)傳統(tǒng)的十字交叉偶極子進(jìn)行改造，改變貼片輻射單元的形狀，并增加 寄生單元結(jié)構(gòu)，對(duì)L/S頻段內(nèi)天線的駐波和方向圖主瓣進(jìn)行優(yōu)化。本發(fā)明通過(guò)為十字交 叉偶極子天線增加寄生單元并使用花瓣形貼片輻射單元的設(shè)計(jì)方案，經(jīng)過(guò)合理的結(jié)構(gòu)組 合與優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了在L/S頻段(0.8GHz 2.7GHz)有良好的駐波比與方向圖主瓣性能， 達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)寬帶的設(shè)計(jì)要求，采用一個(gè)十字交叉偶極子裝入反射腔并在其上方放 置寄生單元的天線形式。具體設(shè)計(jì)思路如下為了使天線能夠在L/S頻段(0.8GHz 2.7GHz)內(nèi)工作，在該天線中進(jìn)行了使用寄生單元的設(shè)計(jì)；為了實(shí)現(xiàn)方向圖主瓣特性與 駐波比的優(yōu)化配置，應(yīng)用花瓣形貼片輻射單元形式的設(shè)計(jì)技術(shù)，通過(guò)改變貼片單元的弧 度，獲得了在L/S頻段(0.8GHz 2.7GHz)良好的方向圖主瓣特性，而該天線的寬頻帶 設(shè)計(jì)關(guān)鍵為通過(guò)寄生單元的使用及貼片輻射單元形狀的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。此前的該類(lèi)天線設(shè)計(jì)多采用在貼片輻射單元下面放置一調(diào)諧板來(lái)展寬天線阻抗 帶寬的，本發(fā)明通過(guò)使用寄生單元來(lái)改善天線駐波比性能的，使天線能得到比采用調(diào)諧 板更寬的阻抗帶寬。此前的該類(lèi)天線的貼片輻射單元多采用菱形、方形或雨滴形的貼片輻射單元的 設(shè)計(jì)方案，沒(méi)有使用花瓣形貼片輻射單元結(jié)構(gòu)的。本發(fā)明使用了花瓣形貼片輻射單元， 通過(guò)貼片弧度的改變，一定程度上彌補(bǔ)了菱形貼片阻抗帶寬相對(duì)較窄和雨滴形貼片方向 圖主瓣在頻率高端的分瓣現(xiàn)象，可以?xún)?yōu)化配置駐波比與方向圖主瓣間的性能。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為(1)本發(fā)明通過(guò)對(duì)原有的十字交叉偶極子結(jié)構(gòu)的精巧改造，使用了寄生單元及花 瓣形貼片輻射單元，展寬了工作帶寬，獲得了在要求的頻帶內(nèi)優(yōu)良的駐波比特性與方向 圖主瓣特性，完成了寬頻帶設(shè)計(jì)；(2)本發(fā)明綜合應(yīng)用了十字交叉偶極子結(jié)構(gòu)、寄生單元結(jié)構(gòu)以及反射腔，進(jìn)行天 線整體設(shè)計(jì)，使天線能夠工作在L/S頻段(0.8GHz 2.7GHz)，在整個(gè)頻帶內(nèi)有良好的駐 波比性能和良好的方向圖主瓣特性；(3)本發(fā)明采用寄生單元，能夠優(yōu)化整個(gè)天線的駐波比特性，獲得了寬帶性能， 覆蓋了所要求的L/S (0.8GHz 2.7GHz)接收頻段，實(shí)踐了寄生單元展寬天線阻抗帶寬的 設(shè)計(jì)思路；(4)本發(fā)明改造了菱形貼片輻射單元與雨滴形貼片輻射單元，通過(guò)在常用的 菱形貼片輻射單元增加一圓弧段得到花瓣形金屬貼片，可以在一定程度上展寬阻抗帶 寬；同時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)圓弧段的弧度，可以?xún)?yōu)化天線高端的方向圖主瓣性能，合理的配置 阻抗帶寬和方向圖帶寬的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了天線雙極化的使用要求，并實(shí)現(xiàn)了在要求的L/ S (0.8GHz 2.7GHz)頻段內(nèi)，天線有良好的駐波比特性和方向圖主瓣特性；(5)本發(fā)明使用了花瓣形貼片輻射單元，通過(guò)貼片弧 度的改變，一定程度上彌補(bǔ) 了菱形貼片阻抗帶寬相對(duì)較窄和雨滴形貼片方向圖主瓣在頻率高端的分瓣現(xiàn)象，可以?xún)?yōu) 化配置駐波比與方向圖主瓣間的性能；(6)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了雙極化，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，同時(shí)由于覆蓋L/S (0.8GHz 2.7GHz)頻段，為寬帶特性，具有潛在的頻率應(yīng)用能力，包括對(duì)此頻段內(nèi)信號(hào)的接收 等；(7)本發(fā)明原理簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)容易，具有成本低、應(yīng)用方便、性能優(yōu)良、便于大量 應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，而這種通過(guò)使用寄生單元來(lái)展寬阻抗帶寬的設(shè)計(jì)方法與天線結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng) 的實(shí)用性；(8)本發(fā)明的設(shè)計(jì) 思路不僅可以用于作為L(zhǎng)/S頻段(0.8GHz 2.7GHz)天線的設(shè) 計(jì)，也可以用于UHF、C/X等頻段的寬帶天線設(shè)計(jì)。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明貼片輻射單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為采用本發(fā)明得到的天線駐波比仿真曲線圖；圖4為采用本發(fā)明得到0.8GHZ天線方向圖仿真曲線圖；圖5為采用本發(fā)明得到2.7GHZ天線方向圖仿真曲線圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明如圖1所示，是以一個(gè)十字交叉偶極子裝入反射腔小型化寬頻帶天線。 由反射腔1、寄生單元2、貼片輻射單元3和饋電電纜4等組成，貼片輻射單元3是十字 交叉的偶極子貼片單元，實(shí)現(xiàn)了天線的雙極化，反射腔1是一金屬腔體，可以保證天線 單向輻射，寄生單元2為一金屬腔體，放置在貼片輻射單元3的上方。本發(fā)明由十字交叉 偶極子貼片輻射單元與特殊設(shè)計(jì)的寄生單元來(lái)實(shí)現(xiàn)L/S頻段的寬帶性能，覆蓋0.8GHZ 2.7GHZ的工作頻段。由于貼片輻射單元與寄生單元的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，使該天線成為一種新 型小型化寬頻帶雙極化天線。該結(jié)構(gòu)的天線所要實(shí)現(xiàn)的性能是在0.8GHz 2.7GHz 3個(gè)多倍頻程的帶寬內(nèi)有良 好的駐波比特性和方向圖特性。如圖2 4仿真曲線，本發(fā)明具有阻抗帶寬很寬，方向 圖主瓣特性良好等特點(diǎn)，該天線原理簡(jiǎn)單，加工工藝簡(jiǎn)單，易于加工實(shí)現(xiàn)，實(shí)用性強(qiáng)， 而且結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較好，整體性能優(yōu)良。本發(fā)明的反射腔1和寄生單元2均為頂部開(kāi)口、底部封口的金屬空腔，寄生單元 2通過(guò)3個(gè)介質(zhì)支桿支撐在反射腔1上固定。貼片輻射單元3如圖2所示，采用印刷電路 板技術(shù)，在介質(zhì)板上刻蝕四片花瓣形的金屬貼片，介質(zhì)板固定在反射腔1頂部；使用兩 根同軸電纜饋電4，同軸饋電電纜4外導(dǎo)體焊接在金屬貼片上，電纜內(nèi)導(dǎo)體通過(guò)跨接片焊 接在與其相對(duì)的金屬貼片上，有短金屬柱做饋電平衡。寄生單元2也可采用實(shí)體結(jié)構(gòu)，為了減輕重量，在本發(fā)明中將其掏空，加工成 空腔，寄生單元2的橫截面可以是圓形、方形、三角形或梯形、橢圓形等異形結(jié)構(gòu)，其 具體形狀并不影響其作用。本發(fā)明在L/S頻段(0.8GHz 2.7GHz)具有良好的駐波比新能(如圖3所示)、 良好的方向圖主瓣特性及雙線極化接收等特性。如圖4、5所示為采用本發(fā)明得到0.8GHZ 和2.7GHZ的天線方向圖仿真曲線圖，圖4、5的橫坐標(biāo)為天線輻射方向與Z軸的夾角、 縱坐標(biāo)為輻射功率幅度。該天線原理簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，加工工藝簡(jiǎn)單，易于加工實(shí)現(xiàn)，實(shí)用性強(qiáng)，而且結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度較好，整體性能優(yōu)良。本發(fā)明一種小型化寬頻帶雙極化天線，通過(guò)在天線中使用寄生單元的創(chuàng)新設(shè) 計(jì)，改變了原有的貼片輻射單元形狀，創(chuàng)造性的使用了花瓣形貼片輻射單元，完成了 L/ S頻段(0.8GHz 2.7GHz)小型化寬頻帶雙極化天線設(shè)計(jì)。使用寄生單元來(lái)改善天線的駐 波比特性及通過(guò)改變貼片的弧度來(lái)優(yōu)化配置阻抗帶寬和方向圖帶寬間關(guān)系(弧度越大， 阻抗帶寬越大，方向圖帶寬越窄)的設(shè)計(jì)思想也具有新穎性。本發(fā)明可以應(yīng)用到多種系統(tǒng)中，特別是推動(dòng)和開(kāi)拓了相關(guān)應(yīng)用。本發(fā)明不僅可 以用于大天線的饋源使用，同時(shí)本發(fā)明本身也是一副性能優(yōu)良的寬頻帶、小型化并可以 實(shí)現(xiàn)雙極化的天線，可以應(yīng)用在電子偵察領(lǐng)域。且由于其體積小、重量輕、便于在星上 安裝，在寬帶多波束天線中，需要使用大規(guī)模的饋源陣時(shí)有很大的優(yōu)勢(shì)，具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。本發(fā)明小型化寬頻帶雙極 化天線基于自身方案特點(diǎn)，具有原理簡(jiǎn)單、成本低、 應(yīng)用方便、性能優(yōu)良、便于大量應(yīng)用等特點(diǎn)，具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。本發(fā)明未詳細(xì)說(shuō)明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。
權(quán)利要求
1.一種寬頻帶雙極化天線，其特征在于包括反射腔(1)、寄生單元(2)、貼片輻射 單元(3)和同軸饋電電纜(4)，貼片輻射單元(3)由四個(gè)結(jié)構(gòu)、尺寸相同的花瓣形金屬貼 片十字交叉而成，寄生單元(2)通過(guò)介質(zhì)支桿(5)支撐固定在反射腔(1)的上方，貼片輻 射單元(3)固定安裝在反射腔⑴的頂部，使用兩根同軸饋電電纜⑷，每根同軸饋電電 纜(4)與一對(duì)對(duì)稱(chēng)的金屬貼片連接，即一根同軸饋電電纜(4)的外導(dǎo)體焊接在一個(gè)金屬貼 片上，同軸饋電電纜(4)的內(nèi)導(dǎo)體通過(guò)跨接片焊接在與其對(duì)稱(chēng)的金屬貼片上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬頻帶雙極化天線，其特征在于所述的寄生單元(2) 為頂部開(kāi)口、底部封口的金屬空腔，截面可以是圓形、方形、三角形或異形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬頻帶雙極化天線，其特征在于所述的貼片輻射單 元(3)采用印刷電路板工藝，在鍍銅介質(zhì)板上刻蝕四片花瓣形的金屬貼片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬頻帶雙極化天線，其特征在于所述的反射腔(1)為 頂部開(kāi)口、底部封口的金屬空腔。
全文摘要
一種寬頻帶雙極化天線，包括反射腔、寄生單元、貼片輻射單元和同軸饋電電纜，貼片輻射單元由四個(gè)結(jié)構(gòu)、尺寸相同的花瓣形金屬貼片十字交叉而成，寄生單元通過(guò)介質(zhì)支桿支撐固定在反射腔的上方，貼片輻射單元固定安裝在反射腔的頂部，使用兩根同軸饋電電纜，每根同軸饋電電纜與一對(duì)對(duì)稱(chēng)的金屬貼片連接，即一根同軸饋電電纜的外導(dǎo)體焊接在一個(gè)金屬貼片上，同軸饋電電纜的內(nèi)導(dǎo)體通過(guò)跨接片焊接在與其對(duì)稱(chēng)的金屬貼片上。本發(fā)明使用了寄生單元及花瓣形貼片輻射單元，展寬了工作帶寬，獲得了優(yōu)良的駐波比特性與方向圖主瓣特性，完成了寬頻帶設(shè)計(jì)；本發(fā)明使用了花瓣形貼片輻射單元，通過(guò)貼片弧度的改變，一定程度上彌補(bǔ)了菱形貼片阻抗帶寬相對(duì)較窄和雨滴形貼片方向圖主瓣在頻率高端的分瓣現(xiàn)象，可以?xún)?yōu)化配置駐波比與方向圖主瓣間的性能。
文檔編號(hào)H01Q1/38GK102013562SQ20101029805
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者馬鳳軍 申請(qǐng)人:西安空間無(wú)線電技術(shù)研究所