專利名稱：一種具有立體饋電網(wǎng)絡(luò)的s頻段四點饋電貼片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，特別涉及一種四點饋電的貼片圓極化天線。
背景技術(shù)：
進入上世紀(jì)90年代后，通信衛(wèi)星受到通信技術(shù)的進步影響，出現(xiàn)了許多面向個人 用戶服務(wù)的新型通信衛(wèi)星，如靜止軌道移動通信衛(wèi)星、音頻廣播通信衛(wèi)星、寬帶多媒體通信 衛(wèi)星等。這些衛(wèi)星的顯著特點就是通信衛(wèi)星的有效載荷均采用了許多新技術(shù)、新手段。尤 其是移動通信衛(wèi)星和音頻廣播衛(wèi)星無一例外采用了大型可展開多波束天線，面向移動終端 和個人用戶提供衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)。為了產(chǎn)生多個波束，大型可展開多波束天線反射器的照射源為由若干個陣元組成 的饋源陣。多波束天線饋源陣中的陣元天線，在結(jié)構(gòu)上對其橫向尺寸有嚴(yán)格要求，如果橫向 尺寸過大，組陣時兩兩陣元天線之間就會形成結(jié)構(gòu)干涉而無法組陣。因此根據(jù)波束設(shè)計要 求，饋源陣中兩兩陣元之間需要滿足一定的間距。當(dāng)兩個陣元之間的距離給定后，在設(shè)計陣 元天線的時候，必須使得設(shè)計的陣元天線橫向尺寸不能超過兩個陣元之間的距離，否則會 引起結(jié)構(gòu)干涉，無法組陣。再者，陣元天線必須要有低的損耗，這樣才能提高多波束天線的 EIRP值和G/T值。如果按照平面結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，則饋電網(wǎng)絡(luò)的橫向尺寸過大，只能單獨使用，無法實 現(xiàn)組陣。現(xiàn)有四點饋電圓極化網(wǎng)絡(luò)一般采用微帶或者帶狀線進行饋電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計，這種饋 電網(wǎng)絡(luò)雖然比較輕薄，但是其損耗大。另外，在雙點饋電圓極化網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計中也有采用空氣 同軸形式，但是這種形式的貼片圓極化天線，軸比性能遠遠不如采用四點饋電的圓極化網(wǎng) 絡(luò)形成的貼片圓極化天線。

實用新型內(nèi)容本實用新型的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種低損耗、能組陣的 S頻段四點饋電貼片圓極化天線。本實用新型的技術(shù)解決方案是一種具有立體饋電網(wǎng)絡(luò)的S頻段四點饋電貼片圓 極化天線，由輻射部分和饋電網(wǎng)絡(luò)組成，輻射部分包括輻射腔體、下層貼片、上層貼片和聚 酰亞胺支撐棒；所述的饋電網(wǎng)絡(luò)由三個并排豎直排列的矩形同軸線型混合環(huán)級聯(lián)而成；同 軸線型混合環(huán)一和同軸線型混合環(huán)二結(jié)構(gòu)形式完全相同，同軸線型混合環(huán)三位于同軸線型 混合環(huán)一和同軸線型混合環(huán)二中間，起到功率平均分配和相位延遲的作用；每個同軸線型 混合環(huán)為方空氣同軸形式，方空氣同軸的內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體之間使用介質(zhì)支撐進行支撐；三 個同軸線型混合環(huán)的輸入端口輸入的信號等幅反相分配給兩個輸出端口，其中相位滯后的 輸出端口比相位超前的輸出端口相位滯后180° ；同軸線型混合環(huán)一和同軸線型混合環(huán)二 的兩個輸出端口分別接移相段；相位超前的輸出端口所接移相段比相位滯后的輸出端口所 接的移相段長λ/4;四個移相段的輸出端口構(gòu)成饋電網(wǎng)絡(luò)的輸出端口 ；同軸線型混合環(huán)三 相位滯后的輸出端口與同軸線型混合環(huán)一的輸入端口相連；同軸線型混合環(huán)三的相位超前的輸出端口與同軸線型混合環(huán)二的輸入端口相連。所述方形空氣同軸的內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體之間使用的介質(zhì)支撐為聚酰亞胺。所述方空氣同軸的內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體表面鍍銀。所述同軸線型混合環(huán)一的輸入端口、同軸線型混合環(huán)二的輸入端口和同軸線型混 合環(huán)三的相位滯后輸出端口及相位超前輸出端口均為L形方同軸到圓同軸轉(zhuǎn)換的形式。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是(1)本實用新型中的饋電網(wǎng)絡(luò)采用了立體結(jié)構(gòu)，并對三個組成饋電網(wǎng)絡(luò)的同軸線 型混合環(huán)的結(jié)構(gòu)做了改進，即由普通的圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)改成矩形結(jié)構(gòu)，使得三個同軸線型混合 環(huán)在組合成網(wǎng)絡(luò)時能夠直接對接，省去了額外的連接傳輸線，使得網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸 小、易加工，有效解決了陣元天線橫向尺寸過大的問題，使得組陣得以實現(xiàn)。圖1為現(xiàn)有技 術(shù)同軸線型混合環(huán)的原理圖；圖2為本實用新型的同軸線型混合環(huán)原理圖?？梢钥吹诫m然 兩者的工作原理一致，但現(xiàn)有技術(shù)的同軸線型混合環(huán)為圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，在組合成網(wǎng)絡(luò)時不能 直接對接，需要額外的連接傳輸線，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸大。(2)本實用新型的饋電網(wǎng)絡(luò)采用空氣同軸形式，并在方空氣同軸的內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo) 體表面鍍銀，有效降低了天線的損耗。(3)本實用新型饋電網(wǎng)絡(luò)的同軸線型混合環(huán)之間通過L形方同軸到圓同軸轉(zhuǎn)換的 形式，不需要多次彎曲或額外的連接線，進一步使整個天線的結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小。

[0014]圖1為普通同軸線型混合環(huán)結(jié)構(gòu)原理圖；[0015]圖2為改進后的同軸線型混合環(huán)結(jié)構(gòu)原理圖；[0016]圖3為本實用新型的三維示意圖；[0017]圖4為本實用新型的主視圖；[0018]圖5為本實用新型的側(cè)視圖；[0019]圖6為饋電網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)示意圖；[0020]圖7為同軸線型混合環(huán)一和移相段結(jié)構(gòu)示意圖；[0021]圖8為同軸線型混合環(huán)二和移相段結(jié)構(gòu)示意圖；[0022]圖9為同軸線型混合環(huán)三的結(jié)構(gòu)示意圖；[0023]圖10(a)、10(b)為下行中心頻率的軸比和輻射方向圖仿真結(jié)果；[0024]圖11 (a) Ul(b)為上行中心頻率的軸比和輻射方向圖仿真結(jié)果；[0025]圖12 (a) ,12(b)為下行中心頻率的軸比和輻射方向圖實測結(jié)果；[0026]圖13 (a) ,13(b)為上行中心頻率的軸比和輻射方向圖實測結(jié)果。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。如圖3、4、5所示，本實用新型的一種具有立體饋電網(wǎng)絡(luò)的S頻段四點饋電貼片圓 極化天線，由輻射部分和饋電網(wǎng)絡(luò)組成，輻射部分包括輻射腔體10、下層貼片11、上層貼片 12和聚酰亞胺支撐棒13 ；所述的饋電網(wǎng)絡(luò)2由三個同軸線型混合環(huán)級聯(lián)而成。如圖6、7、8、9所示，為本實用新型饋電網(wǎng)絡(luò)的級聯(lián)示意圖。饋電網(wǎng)絡(luò)由三個同軸線型混合環(huán)級聯(lián)而成；同軸線型混合環(huán)一 20、同軸線型混合環(huán)二 21和同軸線型混合環(huán)三22 均為矩形環(huán)結(jié)構(gòu)。同軸線型混合環(huán)一 20和同軸線型混合環(huán)二 21結(jié)構(gòu)形式完全相同。三個同軸線型 混合環(huán)并排豎直排列，同軸線型混合環(huán)三22位于同軸線型混合環(huán)一和同軸線型混合環(huán)二 中間，起到功率平均分配和相位延遲的作用。每個同軸線型混合環(huán)為立體的方空氣同軸形式，方空氣同軸的內(nèi)導(dǎo)體3和外導(dǎo)體 4之間使用介質(zhì)支撐進行支撐。內(nèi)導(dǎo)體3和外導(dǎo)體4的表面鍍銀，以降低損耗。本實施例中 的介質(zhì)支撐的個數(shù)為22個，材料為聚酰亞胺。三個同軸線型混合環(huán)的輸入端口輸入的信號等幅反相分配給兩個輸出端口，其中 相位滯后的輸出端口比相位超前的輸出端口相位滯后180° ；同軸線型混合環(huán)一和同軸線 型混合環(huán)二的兩個輸出端口分別接移相段，相位超前的輸出端口所接移相段比相位滯后的 輸出端口所接的移相段長λ/4;四個移相段的輸出端口構(gòu)成饋電網(wǎng)絡(luò)的輸出端口。同軸線型混合環(huán)三22的輸入端口 220做為整個天線輸入端口 ；同軸線型混合環(huán)三 22的相位滯后輸出端口 221與同軸線型混合環(huán)一 20的輸入端口 202相連；同軸線型混合環(huán) 三22的相位超前輸出端口 222與同軸線型混合環(huán)二 21的輸入端口 212相連。其中同軸線 型混合環(huán)一 20的輸入端口 202、同軸線型混合環(huán)二 21的輸入端口 212和同軸線型混合環(huán)三 的相位滯后輸出端口 221及相位超前輸出端口 222都為L形方同軸到圓同軸轉(zhuǎn)換的形式。三個同軸線型混合環(huán)的結(jié)構(gòu)都設(shè)計成矩形環(huán)的形式，配合L形方同軸到圓同軸轉(zhuǎn) 換，可以使得三個同軸線型混合環(huán)立體級聯(lián)時結(jié)構(gòu)非常緊湊。同軸線型混合環(huán)一 20的相位 滯后輸出端口 200與移相段一 6的輸入端口 61相接，相位超前輸出端口 201與移相段二 7 的輸入端口 71相接；同軸線型混合環(huán)二 21的相位滯后輸出端口 210與移相段三8的輸入 端口 81相接，相位超前輸出端口 211與移相段四9的輸入端口 91相接。其中移相段一 6與 移相段三8結(jié)構(gòu)完全相同；移相段二 7與移相段四9結(jié)構(gòu)完全相同，并且移相段一 6與移相 段三8比移相段二 7與移相段四9短λ /4。移相段一 6的輸出端口(60)，移相段二 7的輸 出端口 70，移相段三8的輸出端口 80與移相段四9的輸出端口 90做為整個饋電網(wǎng)絡(luò)的輸 出端口，饋電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計必須使得輸出端口 60與輸出端口 70、輸出端口 70與輸出端口 80、 輸出端口 80與輸出端口 90以及輸出端口 90與輸出端口 60之間的距離d相等。通過以上方案的設(shè)計，可以使得從饋電網(wǎng)絡(luò)的輸入端口 220輸入的信號，通過饋 電網(wǎng)絡(luò)后在輸出端口 60、輸出端口 70、輸出端口 80和輸出端口 90上形成四路等功分，相位 依次相差90°的信號。適當(dāng)調(diào)節(jié)d值，可以使得整個天線具有良好的匹配和良好的圓極化 性能。本實施例中，根據(jù)某S頻段多波束天線波束設(shè)計結(jié)果，要求饋源陣陣元天線間 間距小于150mm，每個陣元天線的軸比在士50°內(nèi)小于2dB，且正前方峰值增益要求大于 9.5dBi。根據(jù)此要求，設(shè)計的四點饋電貼片圓極化天線的輻射部分橫向尺寸為135. 6mm，滿 足組陣要求。由于同軸線型混合環(huán)的周長為1.5λ，是固定值，為了使饋電網(wǎng)絡(luò)的縱向長度最 小，必須在滿足組陣條件的情況下盡量加長橫向尺寸。根據(jù)反復(fù)調(diào)整，最終確定的同軸線線 型混合環(huán)的矩形長度為97. 2mm,寬度為25. 2mm。加上兩個移相段，同軸線型混合環(huán)一 20和同軸線型混合環(huán)二 21的橫向距離最大為114. 76mm ；加上饋電網(wǎng)絡(luò)輸入段的傳輸線，同軸線 型混合環(huán)三22的最大橫向尺寸為114. 36mm。由于三個同軸線型混合環(huán)在組成饋電網(wǎng)絡(luò)的 時候需要一定的錯位，最終的饋電網(wǎng)絡(luò)橫向尺寸為131. 32mm，饋電網(wǎng)絡(luò)橫向外包絡(luò)的最大 尺寸為148mm，滿足組陣要求。在整個饋電網(wǎng)絡(luò)剛好滿足組陣條件的情況下，饋電網(wǎng)絡(luò)的縱 向尺寸達到了最小，為122. 35mm。本實用新型的電性能設(shè)計結(jié)果見圖10、圖11，實測結(jié)果見圖12、圖13。其中，圖 10 (a) UO (b)為下行中心頻率的軸比和輻射方向圖仿真結(jié)果；圖ll(a)、ll(b)為上行中心 頻率的軸比和輻射方向圖仿真結(jié)果。圖12(a)、12(b)為下行中心頻率的軸比和輻射方向圖 實測結(jié)果；圖13(a)、13(b)為上行中心頻率的軸比和輻射方向圖實測結(jié)果?？梢钥吹?，天線下行中心頻率實測最差結(jié)果為軸比在士50°內(nèi)小于ldB，峰值增 益為9.83dBi。損耗僅0.223dB。天線上行中心頻率實測最差結(jié)果為軸比在士50°內(nèi)小 于1. 5dB，峰值增益為10. 4dBi。損耗僅0. 192dB。達到了預(yù)期效果。本實用新型也可用在L頻段的四點饋電貼片圓極化天線。本實用新型說明書未詳細說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。
權(quán)利要求1.一種具有立體饋電網(wǎng)絡(luò)的S頻段四點饋電貼片圓極化天線，由輻射部分(1)和饋電 網(wǎng)絡(luò)( 組成，輻射部分包括輻射腔體(10)、下層貼片(11)、上層貼片(1 和聚酰亞胺支 撐棒(13)，其特征在于所述的饋電網(wǎng)絡(luò)O)由三個并排豎直排列的矩形同軸線型混合環(huán) 級聯(lián)而成；同軸線型混合環(huán)一 00)和同軸線型混合環(huán)二 結(jié)構(gòu)形式完全相同，同軸線型 混合環(huán)三02)位于同軸線型混合環(huán)一 OO)和同軸線型混合環(huán)二 中間，起到功率平均 分配和相位延遲的作用；每個同軸線型混合環(huán)均為方空氣同軸形式，方空氣同軸的內(nèi)導(dǎo)體 (3)和外導(dǎo)體(4)之間使用介質(zhì)支撐進行支撐；三個同軸線型混合環(huán)的輸入端口輸入的信 號等幅反相分配給兩個輸出端口，其中相位滯后的輸出端口比相位超前的輸出端口相位滯 后180° ；同軸線型混合環(huán)一 OO)和同軸線型混合環(huán)二 的兩個輸出端口分別接移相 段；相位超前的輸出端口所接移相段比相位滯后的輸出端口所接的移相段長λ/4 ；四個移 相段的輸出端口構(gòu)成饋電網(wǎng)絡(luò)的輸出端口 ；同軸線型混合環(huán)三0 相位滯后的輸出端口 與同軸線型混合環(huán)一 OO)的輸入端口相連；同軸線型混合環(huán)三0 的相位超前的輸出端 口與同軸線型混合環(huán)二 的輸入端口相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種具有立體饋電網(wǎng)絡(luò)的S頻段四點饋電貼片圓極化天線，其特 征在于所述方形空氣同軸的內(nèi)導(dǎo)體( 和外導(dǎo)體(4)之間使用的介質(zhì)支撐為聚酰亞胺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的一種具有立體饋電網(wǎng)絡(luò)的S頻段四點饋電貼片圓極化天線， 其特征在于所述方空氣同軸的內(nèi)導(dǎo)體(3)和外導(dǎo)體(4)表面鍍銀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的一種具有立體饋電網(wǎng)絡(luò)的S頻段四點饋電貼片圓極化天線， 其特征在于所述同軸線型混合環(huán)一 OO)的輸入端口、同軸線型混合環(huán)二 的輸入端口 和同軸線型混合環(huán)三0 的相位滯后輸出端口及相位超前輸出端口均為L形方同軸到圓 同軸轉(zhuǎn)換的形式。
專利摘要本實用新型公開了一種具有立體饋電網(wǎng)絡(luò)的S頻段四點饋電貼片圓極化天線，其饋電網(wǎng)絡(luò)由三個并排豎直排列的矩形同軸線型混合環(huán)級聯(lián)而成；每個同軸線型混合環(huán)均為方空氣同軸形式；三個同軸線型混合環(huán)的輸入端口輸入的信號等幅反相分配給兩個輸出端口；兩個位于外側(cè)的同軸線型混合環(huán)的兩個輸出端口分別接移相段；相位超前的輸出端口所接移相段比相位滯后的輸出端口所接的移相段長λ/4。本實用新型中的饋電網(wǎng)絡(luò)采用了立體結(jié)構(gòu)，并對三個同軸線型混合環(huán)的結(jié)構(gòu)由普通的圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)改成矩形結(jié)構(gòu)，使三個同軸線型混合環(huán)在組合成網(wǎng)絡(luò)時能夠直接對接，省去了額外的連接傳輸線，使網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、易加工，有效解決了陣元天線橫向尺寸過大的問題。
文檔編號H01Q3/34GK201904439SQ20102064560
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者呂慶立, 周蘭蘭, 張蕾, 曹多禮, 王勇, 王志華 申請人:西安空間無線電技術(shù)研究所