專利名稱：基于實(shí)現(xiàn)中心凹陷方向圖的同心圓環(huán)天線陣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天線陣，尤其涉及一種基于實(shí)現(xiàn)中心凹陷方向圖的同心圓環(huán)天線陣。
背景技術(shù)：
在衛(wèi)星天線中，實(shí)現(xiàn)中心凹陷方向圖的輻射特性對(duì)于衛(wèi)星與地面的通信極其重 要。因地球是球狀的，在保證太空軌道上的衛(wèi)星天線能與地面上的各個(gè)用戶實(shí)現(xiàn)同質(zhì)量的 信號(hào)通信，則需要保證每個(gè)用戶在所接收到的信號(hào)強(qiáng)度時(shí)一樣的，由于球面的限制，則要求 天線輻射特性是正前方視角是緩變凹陷。在0 85°仰角范圍內(nèi)軸比小于3的正交饋電方 形貼片天線來講，當(dāng)該天線實(shí)現(xiàn)左旋圓極化時(shí)，將天線逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)某個(gè)角度得到的天線輻 射特性與未旋轉(zhuǎn)的天線在原始饋電相位上疊加旋轉(zhuǎn)的角度作為新的饋電相位得到的天線 輻射特性是一致的。當(dāng)天線實(shí)現(xiàn)右旋圓極化時(shí)，天線則需要順時(shí)針旋轉(zhuǎn)某個(gè)角度，未旋轉(zhuǎn)的 天線在原始相位疊加旋轉(zhuǎn)角度作為新的饋電相位后，兩者輻射特性才是一致。利用這項(xiàng)原 理，提出了兩種利用旋轉(zhuǎn)特性實(shí)現(xiàn)中心凹陷方向圖輻射特性的天線陣，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 天線單元方便，可用于星載天線，增強(qiáng)了衛(wèi)星天線設(shè)計(jì)的靈活性及實(shí)用性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供兩種基于實(shí)現(xiàn)中心凹陷方向圖的同心圓環(huán)天線陣。一種基于實(shí)現(xiàn)中心凹陷方向圖的同心圓環(huán)天線陣包括正交相位饋電的同軸饋電 端、方形貼片、第一天線單元組、第二天線單元組、第三天線單元組；正交相位饋電的同軸饋 電端固定在FR4介質(zhì)上，經(jīng)穿過FR4介質(zhì)的同軸探針與方形貼片相連構(gòu)成天線輻射單元，由 天線輻射單元分別組成不同半徑的第一天線單元組、第二天線單元組、第三天線單元組，由 第一天線單元組、第二天線單元組、第三天線單元組構(gòu)成同心圓環(huán)天線陣。所述的第一天線單元組、第二天線單元組由同向擺放的天線輻射單元組成，第三 天線單元組由與第一天線單元組中的天線輻射單元反向擺放的天線輻射單元組成。所述的 第一天線單元組、第二天線單元組、第三天線單元組在天線輻射單元正交相位饋電的基礎(chǔ) 上同相饋電。另一種基于實(shí)現(xiàn)中心凹陷方向圖的同心圓環(huán)天線陣包括正交相位饋電的同軸饋 電端、方形貼片、第四天線單元組、第五天線單元組、第六天線單元組；正交相位饋電的同軸 饋電端固定在FR4介質(zhì)上，經(jīng)穿過FR4介質(zhì)的同軸探針與方形貼片相連構(gòu)成天線輻射單元， 由天線輻射單元分別組成不同半徑的第四天線單元組、第五天線單元組、第六天線單元組， 由第四天線單元組、第五天線單元組、第六天線單元組構(gòu)成同心圓環(huán)天線陣。所述的第四天線單元組是由初始同向擺放的4個(gè)天線輻射單元以天線陣幾何 中心為旋轉(zhuǎn)中心，從其中1個(gè)參考天線單元開始沿逆時(shí)針方向依次逆時(shí)針?biāo)叫D(zhuǎn)0°、 90° ,180° 和 270° 組成。所述的第五天線單元組是由初始同向擺放的8個(gè)天線輻射單元以天線陣幾何 中心為旋轉(zhuǎn)中心，從其中1個(gè)參考天線單元開始沿逆時(shí)針方向依次逆時(shí)針?biāo)叫D(zhuǎn)0°、45°、90° ,135° ,180° ,225° ,270° 和 315° 組成。所述的第六天線單元組8是由沿逆時(shí)針方向初始同向擺放的16個(gè)天線輻射單元 以天線陣幾何中心為旋轉(zhuǎn)中心，從其中1個(gè)參考天線單元開始沿逆時(shí)針方向依次逆時(shí)針?biāo)?平旋轉(zhuǎn) 180° ,202. 5° ,225° ,247. 5° ,270° ,292. 5° ,315° ,337. 5° ,360° ,22. 5°、 45° ,67. 5°、90° ,112. 5° ,135° 和 157. 5° 組成。所述的第四天線單元組的4個(gè)天線輻射單元在天線輻射單元正交相位饋電的 基礎(chǔ)上以第五天線單元組的參考天線單元為參考點(diǎn)沿逆時(shí)針方向依次疊加90°、180°、 270°和360°作為新的饋電相位。所述的第五天線單元組的8個(gè)天線輻射單元在天線輻射單元正交相位饋電的基 礎(chǔ)上以第五天線單元組的參考天線單元為參考點(diǎn)從參考點(diǎn)開始沿逆時(shí)針方向依次疊加 0°、45°、90°、135°、180°、225°、270° 和 315° 作為新的饋電相位。所述的第六天線單元組的16個(gè)天線輻射單元在天線輻射單元正交相位饋電 的基礎(chǔ)上以第六天線單元組的參考天線單元為參考點(diǎn)從參考點(diǎn)開始沿逆時(shí)針方向依次 疊加 0°、22·5°、45°、67·5°、90°、112·5°、135°、157·5°、180°、202.5 °、225 °、 247.5°、270° ,292. 5°、315° 和 337. 5° 作為新的饋電相位。本發(fā)明的第一種基于實(shí)現(xiàn)中心凹陷方向圖的同心圓環(huán)天線陣饋電方便，通過最外 圈天線單元180°旋轉(zhuǎn)，所有天線輻射單元在正交相位饋電的基礎(chǔ)上采用同相的激勵(lì)源饋 電。另一種基于實(shí)現(xiàn)中心凹陷方向圖的同心圓環(huán)天線陣的優(yōu)勢(shì)在于該布陣方法的對(duì)稱性， 地面上用戶所接受到的信號(hào)極化率和幅度響應(yīng)均會(huì)有較大改善。


圖1是一種基于實(shí)現(xiàn)中心凹陷方向圖的同心圓環(huán)天線陣俯視圖；圖2是另一種基于實(shí)現(xiàn)中心凹陷方向圖的同心圓環(huán)天線陣俯視圖；圖3是本發(fā)明的天線輻射單元側(cè)視圖；圖4是本發(fā)明的天線輻射單元俯視圖；圖中同軸饋電端1、方形貼片輻射單元2、第一天線單元組3、第二天線單元組4、 第三天線單元組5、第四天線單元組6、第五天線單元組7、第六天線單元組8。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的兩種基于實(shí)現(xiàn)中心凹陷方向圖的同心圓環(huán)天線陣。是通過天線的旋轉(zhuǎn)特 性保證里層兩圈天線和最外圈的天線相對(duì)相位相差180°，內(nèi)外圈天線單元形成的輻射特 性會(huì)在方向圖中心區(qū)域相互抵消，形成凹陷，通過控制三圈天線單元組幅度形成中心凹陷 方向圖。如圖1、3、4所示，一種基于實(shí)現(xiàn)中心凹陷方向圖的同心圓環(huán)天線陣包括正交相位 饋電的同軸饋電端1、方形貼片2、第一天線單元組3、第二天線單元組4、第三天線單元組5 ； 正交相位饋電的同軸饋電端1固定在FR4介質(zhì)上，經(jīng)穿過FR4介質(zhì)的同軸探針與方形貼片 2相連構(gòu)成天線輻射單元，由天線輻射單元分別組成不同半徑的第一天線單元組3、第二天 線單元組4、第三天線單元組5，由第一天線單元組3、第二天線單元組4、第三天線單元組5 構(gòu)成同心圓環(huán)天線陣。
所述的第一天線單元組3、第二天線單元組4由同向擺放的天線輻射單元組成，第 三天線單元組5由與第一天線單元組3中的天線輻射單元反向擺放的天線輻射單元組成。 所述的第一天線單元組3、第二天線單元組4、第三天線單元組5在天線輻射單元正交相位 饋電的基礎(chǔ)上同相饋電。如圖2、3、4所示，另一種基于實(shí)現(xiàn)中心凹陷方向圖的同心圓環(huán)天線陣包括正交相 位饋電的同軸饋電端1、方形貼片2、第四天線單元組6、第五天線單元組7、第六天線單元組 8 ；正交相位饋電的同軸饋電端1固定在FR4介質(zhì)上，經(jīng)穿過FR4介質(zhì)的同軸探針與方形貼 片2相連構(gòu)成天線輻射單元，由天線輻射單元分別組成不同半徑的第四天線單元組6、第五 天線單元組7、第六天線單元組8，由第四天線單元組6、第五天線單元組7、第六天線單元組 8構(gòu)成同心圓環(huán)天線陣。所述的第四天線單元組6是由初始同向擺放的4個(gè)天線輻射單元以天線陣幾何 中心為旋轉(zhuǎn)中心，從其中1個(gè)參考天線單元開始沿逆時(shí)針方向依次逆時(shí)針?biāo)叫D(zhuǎn)0°、 90°、180°和270°組成。所述的第五天線單元組7是由初始同向擺放的8個(gè)天線輻射單 元以天線陣幾何中心為旋轉(zhuǎn)中心，從其中1個(gè)參考天線單元開始沿逆時(shí)針方向依次逆時(shí)針 水平旋轉(zhuǎn)0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°和315°組成。所述的第六天線單元 組8是由沿逆時(shí)針方向初始同向擺放的16個(gè)天線輻射單元以天線陣幾何中心為旋轉(zhuǎn)中心， 從其中1個(gè)參考天線單元開始沿逆時(shí)針方向依次逆時(shí)針?biāo)叫D(zhuǎn)180° ,202.5°、225°、 247.5 °、270 °、292. 5 °、315 °、337. 5 °、360 °、22. 5 °、45 °、67. 5 °、90 °、112. 5°、 135°和157.5°組成。所述的第四天線單元組6的4個(gè)天線輻射單元在天線輻射單元正交 相位饋電的基礎(chǔ)上以第五天線單元組6的參考天線單元為參考點(diǎn)沿逆時(shí)針方向依次疊加 90°、180°、270°和360°作為新的饋電相位。所述的第五天線單元組7的8個(gè)天線輻射單 元在天線輻射單元正交相位饋電的基礎(chǔ)上以第五天線單元組7的參考天線單元為參考點(diǎn) 從參考點(diǎn)開始沿逆時(shí)針方向依次疊加0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°和315° 作為新的饋電相位。所述的第六天線單元組8的16個(gè)天線輻射單元在天線輻射單元正交 相位饋電的基礎(chǔ)上以第六天線單元組8的參考天線單元為參考點(diǎn)從參考點(diǎn)開始沿逆時(shí)針 方向依次疊加 0° ,22. 5°、45° ,67. 5°、90° ,112. 5° ,135° ,157. 5° ,180° ,202. 5°、 225° ,247. 5°、270° ,292. 5°、315° 和 337. 5° 作為新的饋電相位。本發(fā)明的天線設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)主要涉及如下第一天線單元組3、第二天線單元組 4、第三天線單元組5、第四天線單元組6、第五天線單元組7、第六天線單元組8的饋電幅 度分別為A3、A4、A5、A6、A7和A8 ；第一天線單元組3、第二天線單元組4、第三天線單元組5、 第四天線單元組6、第五天線單元組7、第六天線單元組8的半徑分別為r3、r4、r5、r6、r7和 r8。可根據(jù)波瓣寬度要求來設(shè)置1~3、1~4、1~5、1~6、1>和1~8，只要保證天線單元間的互耦比較小即 可。第一天線單元組3和第二天線單元組4的作用是給第一種基于實(shí)現(xiàn)中心凹陷方向圖的 同心圓環(huán)天線陣提供增益，第三天線單元組5的作用是改變第一種基于實(shí)現(xiàn)中心凹陷方向 圖的同心圓環(huán)天線陣所形成的天線的方向圖形狀。第四天線單元組6和第五天線單元組7 的作用是給另一種基于實(shí)現(xiàn)中心凹陷方向圖的同心圓環(huán)天線陣提供增益，第六天線單元組 8的作用是改變另一種基于實(shí)現(xiàn)中心凹陷方向圖的同心圓環(huán)天線陣所形成的天線的方向圖 形狀。若要使天線方向圖中心凹陷程度接近1.5dB，可設(shè)置第一種基于實(shí)現(xiàn)中心凹陷方向 圖的同心圓環(huán)天線陣的參數(shù)如下A4 A3, A5 0. 3A3，r4 1. 5r3，r5 6r3 ；可設(shè)置另一種基于實(shí)現(xiàn)中心凹陷方向圖的同心圓環(huán)天線陣的參數(shù)如下=A7 ^ A6, A8 ^ 0. 3A6，r8 ^ 6r6， r7 ^ 1. 5reo可根據(jù)要求改變這些參數(shù)來實(shí)現(xiàn)所要的中心凹陷程度的方向圖。
權(quán)利要求
1.一種基于實(shí)現(xiàn)中心凹陷方向圖的同心圓環(huán)天線陣，其特征在于包括正交相位饋電的 同軸饋電端(1)、方形貼片O)、第一天線單元組(3)、第二天線單元組0)、第三天線單元 組(5)；正交相位饋電的同軸饋電端(1)固定在FR4介質(zhì)上，經(jīng)穿過FR4介質(zhì)的同軸探針與 方形貼片(2)相連構(gòu)成天線輻射單元，由天線輻射單元分別組成不同半徑的第一天線單元 組(3)、第二天線單元組(4)、第三天線單元組(5)，由第一天線單元組(3)、第二天線單元組 G)、第三天線單元組(5)構(gòu)成同心圓環(huán)天線陣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于實(shí)現(xiàn)中心凹陷方向圖的同心圓環(huán)天線陣，其特征在 于所述的第一天線單元組(3)、第二天線單元組由同向擺放的天線輻射單元組成，第三 天線單元組(5)由與第一天線單元組(3)中的天線輻射單元反向擺放的天線輻射單元組 成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于實(shí)現(xiàn)中心凹陷方向圖的同心圓環(huán)天線陣，其特征在 于所述的第一天線單元組(3)、第二天線單元組G)、第三天線單元組(5)在天線輻射單元 正交相位饋電的基礎(chǔ)上同相饋電。
4.一種基于實(shí)現(xiàn)中心凹陷方向圖的同心圓環(huán)天線陣，其特征在于包括正交相位饋電的 同軸饋電端(1)、方形貼片O)、第四天線單元組(6)、第五天線單元組(7)、第六天線單元 組(8)；正交相位饋電的同軸饋電端(1)固定在FR4介質(zhì)上，經(jīng)穿過FR4介質(zhì)的同軸探針與 方形貼片(2)相連構(gòu)成天線輻射單元，由天線輻射單元分別組成不同半徑的第四天線單元 組(6)、第五天線單元組(7)、第六天線單元組(8)，由第四天線單元組(6)、第五天線單元組 (7)、第六天線單元組(8)構(gòu)成同心圓環(huán)天線陣。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于實(shí)現(xiàn)中心凹陷方向圖的同心圓環(huán)天線陣，其特征在 于所述的第四天線單元組(6)是由初始同向擺放的4個(gè)天線輻射單元以天線陣幾何中心為 旋轉(zhuǎn)中心，從其中1個(gè)參考天線單元開始以沿逆時(shí)針方向依次逆時(shí)針?biāo)叫D(zhuǎn)0°、90°、 180°和270°組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于實(shí)現(xiàn)中心凹陷方向圖的同心圓環(huán)天線陣，其特征在 于所述的第五天線單元組(7)是由初始同向擺放的8個(gè)天線輻射單元以天線陣幾何中心 為旋轉(zhuǎn)中心，從其中1個(gè)參考天線單元開始沿逆時(shí)針方向依次逆時(shí)針?biāo)叫D(zhuǎn)0°、45°、 90° ,135° ,180° ,225° ,270° 和 315° 組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于實(shí)現(xiàn)中心凹陷方向圖的同心圓環(huán)天線陣，其特征在 于所述的第六天線單元組(8)是由沿逆時(shí)針方向初始同向擺放的16個(gè)天線輻射單元以天 線陣幾何中心為旋轉(zhuǎn)中心，從其中1個(gè)參考天線單元開始沿逆時(shí)針方向依次逆時(shí)針?biāo)叫?轉(zhuǎn) 180° ,202. 5° ,225° ,247. 5°、270°、292.5° ,315° ,337. 5°、360°、22.5°、45°、 67.5°、90° ,112. 5° ,135° 和 157. 5° 組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于實(shí)現(xiàn)中心凹陷方向圖的同心圓環(huán)天線陣，其特征 在于所述的第四天線單元組(6)的4個(gè)天線輻射單元在天線輻射單元正交相位饋電的基 礎(chǔ)上以第四天線單元組(6)的參考天線單元為參考點(diǎn)沿逆時(shí)針方向依次疊加90°、180°、 270°和360°作為新的饋電相位。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于實(shí)現(xiàn)中心凹陷方向圖的同心圓環(huán)天線陣，其特征在 于所述的第五天線單元組(7)的8個(gè)天線輻射單元在天線輻射單元正交相位饋電的基礎(chǔ) 上以第五天線單元組(7)的參考天線單元為參考點(diǎn)從參考點(diǎn)開始沿逆時(shí)針方向依次疊加0°、45°、90°、135°、180°、225°、270° 和 315° 作為新的饋電相位。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于實(shí)現(xiàn)中心凹陷方向圖的同心圓環(huán)天線陣，其特 征在于所述的第六天線單元組(8)的16個(gè)天線輻射單元在天線輻射單元正交相位饋電 的基礎(chǔ)上以第六天線單元組(8)的參考天線單元為參考點(diǎn)從參考點(diǎn)開始沿逆時(shí)針方向依 次疊加 0° ,22. 5°、45° ,67. 5°、90° ,112. 5° ,135° ,157. 5° ,180° ,202. 5° ,225°、 247.5°、270° ,292. 5°、315° 和 337. 5° 作為新的饋電相位。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于實(shí)現(xiàn)中心凹陷方向圖的同心圓環(huán)天線陣。它包括正交相位饋電的同軸饋電端、方形貼片、第一天線單元組、第二天線單元組、第三天線單元組；正交相位饋電的同軸饋電端固定在FR4介質(zhì)上，經(jīng)穿過FR4介質(zhì)的同軸探針與方形貼片相連構(gòu)成天線輻射單元，由天線輻射單元分別組成不同半徑的第一天線單元組、第二天線單元組、第三天線單元組，由第一天線單元組、第二天線單元組、第三天線單元組構(gòu)成同心圓環(huán)天線陣。本發(fā)明第一種天線陣饋電方便，通過最外圈天線單元180°旋轉(zhuǎn)，所有天線輻射單元在正交相位饋電的基礎(chǔ)上同相饋電。另一種天線陣的優(yōu)勢(shì)在于該布陣的對(duì)稱性，地面上用戶所接受到的信號(hào)極化率和幅度響應(yīng)均會(huì)有較大改善。
文檔編號(hào)H01Q21/00GK102104191SQ20101054739
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2010年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月16日
發(fā)明者冉立新, 呂波, 皇甫江濤, 許麗麗 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)