本發(fā)明涉及一種收發(fā)系統(tǒng)，具體地，涉及一種實現(xiàn)基于圓極化天線的空間分集覆蓋收發(fā)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著科技的進步，對于有特殊通信需求的通信系統(tǒng)而言，僅僅一個具有良好性能的全向圓極化天線是不夠的。例如，對于一個不僅需要全向天線進行地面全向通信，也需要同時和天上的飛機或者衛(wèi)星對空通信的系統(tǒng)而言，它所需要的應(yīng)該是一個全向天線與一個定向天線組合的可分集工作天線系統(tǒng)，能夠通過通信通道的切換，實現(xiàn)空間的分集通信。為了滿足通信系統(tǒng)同時對地全向通信和對空一定范圍內(nèi)的通信的需求，就需要設(shè)計一個這樣的天線系統(tǒng)來滿足這樣的波束覆蓋需求。

目前要實現(xiàn)空間覆蓋，使用較好性能的全向圓極化天線未必可行，原因是存在增益過低的問題，導(dǎo)致在實際生活中無法使用。Yilong Wang等人2015年發(fā)表在Advanced Materials and Processes for RF and THz Applications(IMWS-AMP)上的文章“A compact and dual-band circularly polarized petal-shaped antenna with broad beamwidth for multiple global navigation satellite systems”實現(xiàn)了x-z和y-z平面170度的半功率波束寬度，但是最大增益只有0dB左右，顯然在大多數(shù)情況下無法滿足通信需求。另一方面，使用分立天線一高一低放置理論上可以在保證增益的前提下實現(xiàn)全向覆蓋，但實際上放在高處的天線垂下的饋線必然會對低處的全向圓極化天線的輻射特性造成影響，因此如何消除這種影響，實現(xiàn)較高增益的全向圓極化覆蓋是一個難點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于圓極化天線的空間分集覆蓋收發(fā)系統(tǒng)，

為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種基于圓極化天線的空間分集覆蓋收發(fā)系統(tǒng)，包括：下輻射體和上輻射體。下輻射體實現(xiàn)水平全向覆蓋，上輻射體覆蓋上半部分，上下輻射體可以拆解，故可以根據(jù)覆蓋需求更換上輻射天線。

優(yōu)選地，所述下輻射體結(jié)構(gòu)由T型饋電結(jié)構(gòu)、阻抗匹配結(jié)構(gòu)、輻射結(jié)構(gòu)組成。其中一根同軸線貫穿這三個結(jié)構(gòu)，起著給上輻射體饋電的功能。

優(yōu)選地，所述T型饋電結(jié)構(gòu)外導(dǎo)體與輻射體外導(dǎo)體漸變連接。下饋端口即貫穿同軸線端口，用來給上輻射天線饋電。側(cè)饋端口為漸變同軸線結(jié)構(gòu)，其內(nèi)芯與貫穿同軸線外導(dǎo)體連接，作為下輻射體的饋電端口。兩個端口均可以和標準的SMA結(jié)構(gòu)連接。

T型饋電結(jié)構(gòu)內(nèi)除了金屬部分都用介質(zhì)填充。

優(yōu)選地，所述阻抗匹配結(jié)構(gòu)位于T型饋電結(jié)構(gòu)與輻射結(jié)構(gòu)中間。n小段匹配金屬環(huán)其外徑和長短各有不同，內(nèi)徑即為貫穿同軸線的外徑，它們直接相連，以傳輸線理論實現(xiàn)阻抗變換。

所述阻抗匹配結(jié)構(gòu)與外導(dǎo)體之間填充有介質(zhì)。

優(yōu)選地，所述下輻射結(jié)構(gòu)內(nèi)貫穿同軸線，同軸線外導(dǎo)體與輻射結(jié)構(gòu)外導(dǎo)體之間填充介質(zhì)。

輻射外導(dǎo)體上刻有互相垂直的切槽，繞外導(dǎo)體一周有4個，上下構(gòu)成4組，能量從切槽向外輻射。

優(yōu)選地，所述上輻射結(jié)構(gòu)由貫穿下輻射結(jié)構(gòu)的同軸線進行饋電。故可以根據(jù)空間上方的覆蓋需求靈活得選取天線類型，直接通過SMA口進行連接即可。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

1、本發(fā)明下輻射體天線效率較高，具有較高的增益。

2、本發(fā)明下輻射體天線全向性能好，且具有較寬的帶寬。

3、本發(fā)明的T型連接結(jié)構(gòu)的下饋端口由同軸線直通到上輻射體，從而給上輻射體饋電，饋線不會影響下輻射體的輻射特性，巧妙得保證了水平全向圓極化的純度。同時上下輻射體通過標準的同軸接口連接，可以根據(jù)實際需要靈活得設(shè)計上輻射體天線，滿足實際的通信需求。

4、本發(fā)明的下輻射天線結(jié)構(gòu)對稱，如需更換工作頻帶，可以按比例放大縮小，設(shè)計方便。

5、本發(fā)明的下輻射體-10dB帶寬達到14.0％，在大部分帶寬內(nèi)水平全向軸比小于3dB，帶內(nèi)水平全向增益大于4.85dB，最高增益達6dB。上輻射體與下輻射體通過標準同軸接口連接。上輻射體可根據(jù)具體需求自行設(shè)計，實現(xiàn)更好的通信效果。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1為本發(fā)明基于圓極化天線的空間分集覆蓋收發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的分解圖；

圖3為圖1沿A-A的剖視圖；

圖4為圖1沿B-B的剖視圖；

圖5為本發(fā)明實施例的基于圓極化天線的空間分集覆蓋收發(fā)系統(tǒng)下輻射體的回波損耗圖；

圖6為本發(fā)明實施例的下輻射體各個頻點的水平全向軸比圖；

圖7為本發(fā)明實施例的下輻射體各個頻點的水平全向增益圖；

圖8為本實例的仿真得到的基于圓極化天線的空間分集覆蓋收發(fā)系統(tǒng)在5.8G時天線的分集覆蓋效果圖。

圖中：1為上輻射體天線，2為下輻射體天線的輻射結(jié)構(gòu)，3為下輻射體的阻抗匹配結(jié)構(gòu)，4為下輻射體的T型饋電結(jié)構(gòu)，5為其中一組輻射單元的縫隙，6為輻射縫隙陣列，7為天線輻射結(jié)構(gòu)外導(dǎo)體，8為天線輻射結(jié)構(gòu)填充介質(zhì)(包括貫穿系統(tǒng)的同軸線的內(nèi)導(dǎo)體和同軸線外面與輻射體之間的介質(zhì))，9為T型饋電結(jié)構(gòu)外導(dǎo)體壁，10為T饋電結(jié)構(gòu)內(nèi)填充的介質(zhì)，11為T型饋電結(jié)構(gòu)下饋端口，12為T型饋電結(jié)構(gòu)側(cè)饋端口，13為阻抗匹配結(jié)構(gòu)內(nèi)導(dǎo)體，14為貫穿同軸線。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。

本發(fā)明提供的基于同軸縫隙全向圓極化天線與低剖面定向天線的半球空間分集覆蓋系統(tǒng)，應(yīng)用于通信技術(shù)領(lǐng)域。

請同時參閱圖1～圖4，基于圓極化天線的空間分集覆蓋收發(fā)系統(tǒng)，包括：1、上輻射體，2、下輻射體天線的輻射結(jié)構(gòu)，3、下輻射體的阻抗匹配結(jié)構(gòu)，4、下輻射體的T型饋電結(jié)構(gòu)，9、T型饋電結(jié)構(gòu)外導(dǎo)體壁。下輻射體的輻射結(jié)構(gòu)上端用金屬圓面封閉，下端再連接阻抗匹配結(jié)構(gòu)。阻抗匹配結(jié)構(gòu)下端接T型饋電結(jié)構(gòu)。T型饋電結(jié)構(gòu)下端、側(cè)端可直接采用SMA接頭饋線進行射頻激勵。一根同軸線貫穿下輻射體天線，給上輻射體天線饋電。上下輻射體通過標準的同軸接口相互連接。

進一步地，對于上輻射體天線1，這里給出一個簡單的矩形切角微帶圓極化天線作為范例。實際可以根據(jù)需要設(shè)計上輻射體天線，下輻射體天線給了標準的同軸饋電端口，只要上輻射體天線做好阻抗匹配即可。

進一步地，下輻射體天線的輻射結(jié)構(gòu)2為同軸線結(jié)構(gòu)，輻射結(jié)構(gòu)外導(dǎo)體7為金屬，厚度1.5mm，直徑25mm，長度150.9mm，在輻射結(jié)構(gòu)外導(dǎo)體7上開互相垂直(夾角90度)的矩形縫隙5，一周4個，上下4組構(gòu)成輻射縫隙陣列6。14為貫穿輻射結(jié)構(gòu)的同軸線，外徑3.6mm，內(nèi)徑0.92mm，內(nèi)外徑之間、外徑與輻射體金屬之間填充介質(zhì)8，該介質(zhì)為Teflon，介電常數(shù)為2.1。

進一步地，在下輻射體的輻射結(jié)構(gòu)與T型饋電結(jié)構(gòu)之間是阻抗匹配結(jié)構(gòu)3，匹配結(jié)構(gòu)外導(dǎo)體與輻射結(jié)構(gòu)外導(dǎo)體7等直徑連接。同軸線同樣貫穿其中。阻抗匹配結(jié)構(gòu)內(nèi)導(dǎo)體13均為三段直徑不同的金屬圓柱，內(nèi)徑等于貫穿同軸線外徑，阻抗匹配結(jié)構(gòu)的3個金屬圓環(huán)直徑分別為3.7mm、6.0mm、6.5mm，長度分別為7.9mm、6.0mm、6.5mm，，它們直接相連，以傳輸線理論實現(xiàn)阻抗變換；匹配結(jié)構(gòu)內(nèi)導(dǎo)體13與外導(dǎo)體之間填充介質(zhì)10為Teflon。

進一步地，在下輻射體天線的阻抗匹配結(jié)構(gòu)下面連接T型饋電結(jié)構(gòu)4，阻抗匹配結(jié)構(gòu)外導(dǎo)體與T型饋電結(jié)構(gòu)下端圓柱形接頭通過漸變的結(jié)構(gòu)連接，厚度與阻抗匹配外導(dǎo)體相同。T型饋電結(jié)構(gòu)下端圓柱形饋電端口內(nèi)插貫穿同軸線。T型頭側(cè)邊的接頭是漸變同軸線結(jié)構(gòu)，內(nèi)芯與T型饋電結(jié)構(gòu)下端貫穿同軸線的外導(dǎo)體連接，直徑與貫穿同軸線的外導(dǎo)體相同，內(nèi)芯與外導(dǎo)體漸變到標準的SMA接口。T型頭下端接頭和側(cè)端接頭均可以直接與SMA接頭連接。

本發(fā)明基于圓極化天線的空間分集覆蓋收發(fā)系統(tǒng)，從T型饋電結(jié)構(gòu)的下饋端口和上端口分別激勵可以分別給上輻射體天線與下輻射體天線饋電。

射頻激勵信號通過圖3中下饋端口11對天線饋電，信號通過下輻射體的貫穿同軸線，上饋到上輻射天線，并且絲毫不影響下輻射體天線的輻射特性。

射頻激勵信號通過圖3中側(cè)饋端口12對天線饋電，信號通過漸變同軸線傳入輻射體，進入貫穿同軸線的外導(dǎo)體和輻射體及它們之間的介質(zhì)組成的類同軸線結(jié)構(gòu)向上傳播，邊傳播邊從縫隙向外輻射能量。由于漸變同軸線(T型結(jié)構(gòu)內(nèi))與類同軸結(jié)構(gòu)阻抗有所失配，先經(jīng)過阻抗匹配結(jié)構(gòu)，使得S(11)在5.1975GHz-5.9795GHz范圍內(nèi)小于-10dB，類同軸匹配結(jié)構(gòu)的設(shè)計以傳輸線理論為基礎(chǔ)，實現(xiàn)阻抗匹配。信號從輻射結(jié)構(gòu)2上的四組縫隙陣列6向外輻射，從而有較高增益的水平全向圓極化特性。

如圖5所示是本實施例的仿真得到的下輻射體的回波損耗圖。從圖中可以看出，在5.1975GHz-5.9795GHz頻段內(nèi)回波損耗小于-10dB。

如圖6所示是本實例的仿真得到的下輻射體在各個頻點的水平全向(Theta＝90°)的軸比圖。從圖中可以看出，在5.22GHz～5.825GHz內(nèi)實現(xiàn)了軸比小于3dB。

如圖7所示是本實例的仿真得到的下輻射體在各個頻點的增益圖。從圖中可以看出，在5.2GHz-5.9Hz頻段內(nèi)，增益最小值均大于4.85dB，最大至6dB且天線的全向性能良好。

如圖8所示是本實例的仿真得到的基于圓極化天線的空間分集覆蓋收發(fā)系統(tǒng)在5.8G時，天線的分集覆蓋效果圖。

以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。在不沖突的情況下，本申請的實施例和實施例中的特征可以任意相互組合。