專(zhuān)利名稱(chēng)：一種改善低仰角性能的雙頻寬波束圓極化天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及天線技術(shù)領(lǐng)域，具體地講是一種改善低仰角性能的雙頻寬波束圓極化天線，適合作為L(zhǎng)1L2雙頻GPS車(chē)載天線，特別適合作為雙頻BD-2或BD-2與GPS兼容的用戶(hù)機(jī)車(chē)載天線。
背景技術(shù)：
眾所周知，衛(wèi)星通信都使用圓極化天線，例如美國(guó)的GPS、俄羅GLONASS、我國(guó)的BD-2衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)都希望移動(dòng)用戶(hù)機(jī)天線無(wú)論是車(chē)載、艦載或機(jī)載天線，不僅要求尺寸小、生產(chǎn)成本低，而且在雙頻段還要有好的圓極化特性。雖然有許多雙頻圓極化微帶天線可以作為GPS L1和L2頻段的右旋圓極化天線使用，由于全球有24顆衛(wèi)星供世界各地的用戶(hù)使用，所以GPS用戶(hù)并不要求GPS天線有好的低仰角性能。但是有的系統(tǒng)，如我國(guó)的BD-2衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，不僅要求用戶(hù)機(jī)天線在上半空間具有半球型輻射方向圖，特別是對(duì)低仰角增益提出了苛刻的要求，如要求5°仰角天線的增益不能低于-5dB?，F(xiàn)有雙頻GPS天線由于低仰角性能差，無(wú)法滿(mǎn)足BD-2總體對(duì)有兩個(gè)輸出電纜的雙頻寬波束圓極化用戶(hù)機(jī)天線的要求。因此，如何改善圓極化天線低仰角性能是當(dāng)前研究的一個(gè)重要課題。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有雙頻GPS天線存在的低仰角性能差，無(wú)法滿(mǎn)足BD-2衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)總體對(duì)有兩個(gè)輸出電纜的雙頻寬波束圓極化用戶(hù)機(jī)天線要求的問(wèn)題，提供一種改善低仰角性能的雙頻寬波束圓極化天線，以滿(mǎn)足我國(guó)的BD-2衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)對(duì)天線要求的需要。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的它采用8個(gè)倒L型單極子，在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行合理地配置，再用已有的饋電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)給予一定的相位進(jìn)行饋電而構(gòu)成。具體地說(shuō)，它是一種改善低仰角性能的雙頻寬波束圓極化天線，采用8個(gè)倒L型單極子，并將它們以相互間相等的間隔配置在同一平面、同心的圓周上。8個(gè)倒L型單極子安裝在接地板上，分別用位于接地板上面和下面的兩個(gè)饋電網(wǎng)絡(luò)給予0°、90°、180°、270°相位饋電。該天線封裝在天線罩中，最后輸出兩根電纜，一根與B3低噪聲放大器連接，另一根與GPS低噪聲放大器連接。
上述的一種改善低仰角性能的雙頻寬波束圓極化天線，所說(shuō)的以相互間相等的間隔配置在同一平面、同心的圓周上的8個(gè)倒L型單極子，每個(gè)倒L型單極子均由高度為H的垂直導(dǎo)體和長(zhǎng)度為S的水平導(dǎo)體組成，垂直導(dǎo)體與接地板垂直，水平導(dǎo)體與接地板平行，垂直導(dǎo)體和水平導(dǎo)體的幾何尺寸H和S之和為中心工作頻率所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)λ0的四分之一上述的一種改善低仰角性能的雙頻寬波束圓極化天線，所說(shuō)的以相互間相等的間隔配置在同一平面、同心的圓周上的8個(gè)倒L型單極子，以相互間隔45°配置在同一個(gè)圓周上，8個(gè)倒L型單極子的垂直導(dǎo)體和水平導(dǎo)體均為直線狀，水平導(dǎo)體均指向圓心。8個(gè)倒L型單極子按相互位置間隔分成兩組，分別由兩個(gè)饋電網(wǎng)絡(luò)通過(guò)垂直導(dǎo)體的下端依次按0°、90°、180°、270°相位饋電。
上述的一種改善低仰角性能的雙頻寬波束圓極化天線，所說(shuō)的以相互間相等的間隔配置在同一平面、同心的圓周上的8個(gè)倒L型單極子，分成兩組每組4個(gè)，分別配置在兩個(gè)半徑不同的圓周上，兩個(gè)圓周上的倒L型單極子分布的方位相同。位于半徑小的圓周上的4個(gè)倒L型單極子，其垂直導(dǎo)體和水平導(dǎo)體均為直線狀，水平導(dǎo)體指向圓心；位于半徑大的圓周上的4個(gè)倒L型單極子，其垂直導(dǎo)體為直線狀，水平導(dǎo)體為曲線狀，曲線的曲率與該圓周的曲率相同且指向與圓周重合。若構(gòu)成的是左旋圓極化天線，則水平曲線導(dǎo)體順時(shí)針彎曲；若構(gòu)成的是右旋圓極化天線，則水平曲線導(dǎo)體返時(shí)針彎曲。上述的兩組倒L型單極子，分別由兩個(gè)饋電網(wǎng)絡(luò)通過(guò)垂直導(dǎo)體的下端依次按照0°、90°、180°、270°相位饋電。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的優(yōu)點(diǎn)1、由于本實(shí)用新型采用了倒L型單極子的結(jié)構(gòu)，倒L型中垂直導(dǎo)體對(duì)低仰角輻射的貢獻(xiàn)更為明顯，因而改善了該雙頻圓極化天線的低仰角輻射性能，使合成的垂直面方向圖比較寬，因此適合作為BD-2有兩根輸出電纜的寬波束圓極化天線，或作為BD-2兼容型用戶(hù)機(jī)有兩根輸出電纜的B3頻段和GPS L1頻段的寬波束圓極化天線。經(jīng)計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算，對(duì)B3頻段天線，最大增益為3dBic，5°仰角增益為-3.2dBic，5°以上仰角軸比小于6dB；對(duì)GPS L1頻段天線，最大增益為5.4dBic，5°仰角增益為-1.3dBic，5°以上仰角軸比小于7dB。
2、由于倒L型單極子以空氣為介質(zhì)，既具有輻射效率高，又具有生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn)。采用4個(gè)倒L型單極子及4個(gè)饋電點(diǎn)，雖然具有饋電網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜的缺點(diǎn)，但由于采用了4個(gè)輻射單元和4個(gè)饋電點(diǎn)，不僅使天線結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，確保了全向水平面方向圖的不圓度小于±1.5dB的要求，而且展寬了天線的阻抗帶寬和軸比帶寬，克服了普通單饋電圓極化貼片天線阻抗和軸比帶寬太窄的缺點(diǎn)，保證了B3頻段所需要的帶寬，其相對(duì)帶寬為BW＝1.6％。


圖1a是本實(shí)用新型實(shí)施例1的總體結(jié)構(gòu)示意圖圖1b是本實(shí)用新型實(shí)施例1的A-A向剖視圖圖2是本實(shí)用新型接地板14上面一個(gè)頻段園極化天線的饋電網(wǎng)絡(luò)44的示意圖圖3是本實(shí)用新型接地板14下面一個(gè)頻段園極化天線的饋電網(wǎng)絡(luò)13的示意圖圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例2的總體結(jié)構(gòu)示意圖圖5a是本實(shí)用新型實(shí)施例1的GPS L1頻段計(jì)算機(jī)仿真的Ф＝0°的垂直面方向圖圖5b是本實(shí)用新型實(shí)施例1的GPS L1頻段計(jì)算機(jī)仿真的Ф＝90°的垂直面方向圖圖5c是本實(shí)用新型實(shí)施例1的GPS L1頻段計(jì)算機(jī)仿真的軸比圖圖6a是本實(shí)用新型實(shí)施例1的B3頻段計(jì)算機(jī)仿真的Ф＝0°的垂直面方向圖圖6b是本實(shí)用新型實(shí)施例1的B3頻段計(jì)算機(jī)仿真的Ф＝90°的垂直面方向圖圖6c是本實(shí)用新型實(shí)施例1的B3頻段計(jì)算機(jī)仿真的軸比圖
具體實(shí)施方式
參看圖1a和圖1b，它是本實(shí)用新型有兩根輸出電纜的雙頻寬波束圓極化天線實(shí)施例1的總體結(jié)構(gòu)示意圖和其A-A向剖視圖，它由位于同一圓周上的依次間隔45°的8個(gè)倒L型單極子5、6、7、8、9、10、11、12、接地板14和位于接地板14上面的饋電網(wǎng)絡(luò)44及位于接地板14下面的饋電網(wǎng)絡(luò)13組成。每個(gè)倒L型單極子都由高度為H的垂直導(dǎo)體42和長(zhǎng)度為S的水平導(dǎo)體43組成。垂直導(dǎo)體42和水平導(dǎo)體43均為直線狀，它們的幾何尺寸H與S之和為中心工作頻率所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)λ0的四分之一。8個(gè)倒L型單極子的垂直導(dǎo)體42均與金屬接地板14垂直，其下端50、60、70、80、90、100、110、120經(jīng)絕緣材料墊片安裝在金屬接地板14上。8個(gè)倒L型單極子的水平導(dǎo)體43均與接地板14平行，并指向圓心。
參看圖1a、圖1b和圖2，其中圖2是本實(shí)用新型接地板14上面一個(gè)頻段圓極化天線的饋電網(wǎng)絡(luò)44的示意圖，選取倒L型單極子天線和饋電網(wǎng)絡(luò)的尺寸，用位置上間隔的5、7、9、11倒L型單極子及饋電網(wǎng)絡(luò)44組成一個(gè)頻段，例如GPS L1頻段寬波束圓極化天線。饋電網(wǎng)絡(luò)44是由厚度為h1，相對(duì)介電常數(shù)為ε1的雙面覆銅介質(zhì)板2的一面，如其上面光刻腐蝕制造而成。饋電網(wǎng)絡(luò)44由3個(gè)2功分器15、16和17組成。為了把由4個(gè)倒L型單極子5、7、9、11組成的線極化天線變成圓極化天線，就必須依次給它們饋給0°、90°、180°、270°相位的信號(hào)，這就要求饋電網(wǎng)絡(luò)44具有0°、90°、180°和270°相位關(guān)系。為了實(shí)現(xiàn)這種相位關(guān)系，讓每個(gè)功分器的兩個(gè)輸出臂帶線的長(zhǎng)度差為導(dǎo)波波長(zhǎng)λg的四分子一來(lái)實(shí)現(xiàn)90°相差。把2功分器16的一個(gè)輸出臂末端18的相位作為基準(zhǔn)0°，讓另外一個(gè)輸出臂的長(zhǎng)度相對(duì)基準(zhǔn)長(zhǎng)度長(zhǎng)λg/4，即使點(diǎn)19的相位相對(duì)點(diǎn)18落后90°，同樣讓2功分器17輸出臂末端21點(diǎn)的相位比輸出臂末端20點(diǎn)落后90°，讓2功分器15到功分器17輸入端的相位比到功分器16輸出端的相位落后180°，即讓2功分器15分別到2功分器17和16輸入端的路徑長(zhǎng)度長(zhǎng)λg/2，結(jié)果分別使2分功器16和17兩個(gè)輸出臂18、19和20、21的信號(hào)相位依次為0°、-90°、-180°、-270°。把功分器16及功分器17的兩個(gè)輸出臂18、19和20、21分別與4個(gè)倒L型單極子垂直導(dǎo)體的下端50、70、90和110相連接，就完成了把4個(gè)倒L型單極子變成圓極化天線的饋電任務(wù)。微帶饋電網(wǎng)絡(luò)44的地為接地板14，與8個(gè)倒L型單極子的接地板14共用。把SFF-50-3同軸電纜29的一端與饋電網(wǎng)絡(luò)44相連接，即把同軸線29的內(nèi)導(dǎo)體與2功分器15的輸入端26相連接，同軸線29的外導(dǎo)體與接地板14相連接，同軸線29的另一端與GPS低噪聲放大器相連接。
參看圖1a、圖1b和圖3，其中圖3是本實(shí)用新型接地板14下面一個(gè)頻段圓極化天線的饋電網(wǎng)絡(luò)13的示意圖。選取倒L型單極子及饋電網(wǎng)絡(luò)尺寸，即用另外4個(gè)在位置上間隔的倒L型單極子6、8、10、12及饋電網(wǎng)絡(luò)13作為B3頻段寬波束圓極化天線。該饋電網(wǎng)絡(luò)13與饋電網(wǎng)絡(luò)44類(lèi)似，它也由3個(gè)2功分器35、36、37組成，實(shí)現(xiàn)0°、90°、180°、270°相位的方法與饋電網(wǎng)絡(luò)44相同。雖然B3和GPS一樣均為右旋圓極化(RHCP)，但由于饋電網(wǎng)絡(luò)44和13的位置不一樣，44位于接地14的上面，13位于接地板14的下面，為保證B3頻段與GPS一樣均為RHCP，所以必須把結(jié)構(gòu)形式一樣的饋電網(wǎng)絡(luò)44反轉(zhuǎn)180°變成如圖3所示的饋電網(wǎng)絡(luò)13那樣。在圖3中，把2功分器36的功分臂22作為基準(zhǔn)0°相位，與饋電網(wǎng)絡(luò)44的原理相同，則2功分器36的另一個(gè)功分臂23的相位為-90°，2功分器37的兩功分臂24的相位為-180°、25的相位為-270°，把倒L型單極子6、8、10、12垂直導(dǎo)體42的下端60、80、100、120分別與饋電網(wǎng)絡(luò)13中36和37功分器的功分臂22、23、24和25相連接，就構(gòu)成了B3頻段RHCP天線。饋電網(wǎng)絡(luò)13是用厚度為h2相對(duì)介電常數(shù)為εr2的雙面覆銅介質(zhì)板3光刻腐蝕而成。饋電網(wǎng)絡(luò)13的地與接地板14共用。
為了在B3和GPS雙頻寬波束圓極化天線接地板下面安裝B3和GPS雙頻的低噪聲放大器，在饋電網(wǎng)絡(luò)13的下面安裝了帶有邊環(huán)41的金屬板40，且把金屬板40與接地板14連接在一起。把SFF-50-3同軸電纜28的一端與饋電網(wǎng)絡(luò)13相連接，即同軸電纜28的內(nèi)導(dǎo)體與饋電網(wǎng)絡(luò)13中功分器35的輸入端27相連接，同軸線28的外導(dǎo)體與接地板14相連接，同軸線28內(nèi)導(dǎo)體的另一端與B3頻段低噪聲放大器相連接。
參看圖4，它是本實(shí)用新型實(shí)施例2的總體結(jié)構(gòu)示意圖，它也是有兩根輸出電纜的雙頻寬波束圓極化天線。它仍然由8個(gè)倒L型單極子5、6、7、8、9、10、11、12組成。8個(gè)倒L型單極子分成兩組各4個(gè)倒L，如6、8、10、12和5、7、9、11，它們分別以相互間相等的間隔配置在半徑為R1和R2的圓周上，兩個(gè)圓周上的倒L型單極子分布的方位相同，且R1小于R2。饋電網(wǎng)絡(luò)仍采用44和13，與圖2和圖3所示相同。若GPS的L1頻率比B3的頻率高，則實(shí)施例2中的GPS寬波束圓極化天線由位于半徑為R1圓周上的4個(gè)倒L型單極子6、8、10、12和位于接地板14上面的饋電網(wǎng)絡(luò)44組成，該4個(gè)倒L型單極子的水平導(dǎo)體43均指向圓心。若B3頻段圓極化天線由位于半徑為R2圓周上的4個(gè)倒L型單極子5、7、9、11和位于接地板14下面的饋電網(wǎng)絡(luò)13組成，此時(shí)4個(gè)倒L型單極子的垂直導(dǎo)體42不變，水平導(dǎo)體43由原來(lái)的直線狀變?yōu)榍€狀，曲線的曲率與以半徑為R2的圓周的曲率相同且指向與圓周重合。水平導(dǎo)體43的指向與天線的極化形式有關(guān)，若構(gòu)成的是左旋圓極化天線，則曲線水平導(dǎo)體43順時(shí)針沿R2為半徑的圓周彎曲，若構(gòu)成的是右旋圓極化，則曲線水平導(dǎo)體43反時(shí)針沿R2為半徑的圓周彎曲。倒L型單極子垂直導(dǎo)體42和曲線水平導(dǎo)體43幾何尺寸H與S之和為B3頻段中心工作頻率所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)λ0的四分之一。
參看圖5a、圖5b和圖5C，它是本實(shí)用新型實(shí)施1中，對(duì)由4個(gè)倒L型單極子5、7、9、11及饋電網(wǎng)絡(luò)44構(gòu)成的L1頻段GPS天線，進(jìn)行的計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算，分別得到的φ＝0°、φ＝90°的垂直面增益方向圖和軸比圖。由圖看出，天線的最大增益為5.4dBiC，5°仰角增益為-1.3dBiC，5°以上仰角軸比小于7dB。
參看圖6a、圖6b和圖6C，它是本實(shí)用新型實(shí)施1中，對(duì)由4個(gè)倒L型單極子6、8、10、12和饋電網(wǎng)絡(luò)13構(gòu)成的B3頻段寬波束園極化天線，進(jìn)行的計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算，分別得到的φ＝0°、φ＝90°的垂直面增益方向圖和軸比圖。由圖可以看出，天線的最大增益為3dBiC，5°仰角增益為-3.2dBiC，5°以上仰角的軸比小于6dB。
權(quán)利要求1.一種改善低仰角性能的雙頻寬波束圓極化天線，包括接地板(14)、位于接地板上面的饋電網(wǎng)絡(luò)(44)和位于接地板下面的饋電網(wǎng)絡(luò)(13)，其特征在于還包括8個(gè)倒L型單極子(5)、(6)、(7)、(8)、(9)、(10)、(11)、(12)，該8個(gè)倒L型單極子安裝在接地板(14)上，并在同一平面、同心的圓周上，以相互間相等的間隔進(jìn)行配置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善低仰角性能的雙頻寬波束圓極化天線，其特征在于8個(gè)倒L型單極子均由高度為H的垂直導(dǎo)體(42)和長(zhǎng)度為S的水平導(dǎo)體(43)組成，垂直導(dǎo)體(42)與接地板(14)垂直，水平導(dǎo)體(43)與接地板(14)平行，垂直導(dǎo)體和水平導(dǎo)體的幾何尺寸H和S之和為中心工作頻率所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)λ0的四分之一
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的一種改善低仰角性能的雙頻寬波束圓極化天線，其特征在于，在同一平面、同心的圓周上以相互間相等的間隔進(jìn)行配置的8個(gè)倒L型單極子，以相互間隔45°配置在同一個(gè)圓周上，8個(gè)倒L型單極子的垂直導(dǎo)體(42)和水平導(dǎo)體(43)均為直線狀，水平導(dǎo)體均指向圓心，8個(gè)倒L型單極子按相互位置間隔分成(5)、(7)、(9)、(11)和(6)、(8)、(10)、(12)兩組，分別由饋電網(wǎng)絡(luò)(44)和饋電網(wǎng)絡(luò)(13)通過(guò)垂直導(dǎo)體(42)的下端依次按0°、90°、180°、270°相位饋電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的一種改善低仰角性能的雙頻寬波束圓極化天線，其特征在于，在同一平面、同心的圓周上以相互間相等的間隔進(jìn)行配置的8個(gè)倒L型單極子，分成兩組每組4個(gè)，分別配置在半徑為R1和R2的圓周上，兩個(gè)圓周上的倒L型單極子分布的方位相同，且R1小于R2；位于半徑為R1的圓周上的4個(gè)倒L型單極子(6)、(8)、(10)、(12)，其垂直導(dǎo)體(42)和水平導(dǎo)體(43)均為直線狀，水平導(dǎo)體(43)指向圓心；位于半徑為R2圓周上的4個(gè)倒L型單極子(5)、(7)、(9)、(11)，其垂直導(dǎo)體(42)為直線狀，水平導(dǎo)體(43)為曲線狀，曲線的曲率與以半徑為R2的圓周的曲率相同且指向與圓周重合，曲線的旋轉(zhuǎn)方向與極化形式有關(guān)，若構(gòu)成的是左旋圓極化天線，則水平曲線導(dǎo)體(43)順時(shí)針彎曲；若構(gòu)成的是右旋圓極化天線，則水平曲線導(dǎo)體(43)返時(shí)針彎曲，R1和R2圓周上的兩組倒L型單極子，分別由饋電網(wǎng)絡(luò)(44)和饋電網(wǎng)絡(luò)(13)通過(guò)垂直導(dǎo)體(42)的下端依次按照0°、90°、180°、270°相位饋電。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種改善低仰角性能的雙頻寬波束圓極化天線，它涉及天線技術(shù)領(lǐng)域。為了解決現(xiàn)有雙頻GPS天線由于低仰角性能差，無(wú)法滿(mǎn)足BD－2總體對(duì)有兩個(gè)輸出電纜的雙頻寬波束圓極化用戶(hù)機(jī)天線的要求而設(shè)計(jì)。它由接地板14、位于接地板上面的饋電網(wǎng)絡(luò)44和位于接地板下面的饋電網(wǎng)絡(luò)13和特別設(shè)計(jì)的8個(gè)倒L型單極子5、6、7、8、9、10、11、12組成。該8個(gè)倒L型單極子安裝在接地板14上，并在同一平面、同心的圓周上以相互間相等的間隔進(jìn)行配置。8個(gè)倒L型單極子分成兩組，分別由饋電網(wǎng)絡(luò)44和13依次按0°、90°、180°、270°相位饋電。該天線能夠改善低仰角性能，用作L
文檔編號(hào)H01Q21/24GK2836258SQ20052007919
公開(kāi)日2006年11月8日 申請(qǐng)日期2005年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月5日
發(fā)明者劉軍州, 黃友火, 賀大志, 雷敏, 任輝, 俱新德 申請(qǐng)人:西安海天天線科技股份有限公司