圓極化天線的制作方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]圓極化天線在全球定位系統(tǒng)(GPS)、衛(wèi)星以及雷達應用中被廣泛地使用。在特定應用的地面站中，圓極化天線在從頂點(直接地在頭上)至水平線附近的非常低的仰角的在水平線以上的任何位置處要求良好的軸比(AR)。如在本領(lǐng)域中已知的，軸比是輻射的垂直電場(EVCTt)分量和水平電場(Eh?)分量的比。諸如微帶貼片或螺旋天線之類的某些傳統(tǒng)設(shè)計由于其在低仰角下的差的AR而不可用作圓極化天線。
[0002]為了改善低仰角下(例如，在水平線的25度內(nèi)的仰角下)的極化天線的軸比，要求三維(3D)空間結(jié)構(gòu)。某些現(xiàn)有技術(shù)圓極化天線包括相對于水平面以45度取向角布置的四個偶極子，并且其中，每個相對的偶極子對是相互垂直的。在相對的偶極子對之間保持此精確的垂直取向是困難的。要求顯著的機械工程(ME)來設(shè)計組裝固定裝置、特殊ME支撐、特殊ME組裝方法并執(zhí)行分析以確保長期質(zhì)量。
[0003]由于上述原因且由于在閱讀和理解本說明書時對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將變得顯而易見的下面所述的其它原因，在本領(lǐng)域中存在對改進的系統(tǒng)和方法的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的實施例提供了用于圓極化天線的方法和系統(tǒng)，并且將通過閱讀和研究以下說明書而被理解。
[0005]本申請涉及一種寬帶圓極化天線，其包括至少四個單極天線元件，其具有帶有相應的至少四個法線的相應的至少四個輻射表面，所述至少四個單極天線元件被圍繞著垂直軸布置，使得所述至少四個相應的輻射表面的所述至少四個法線垂直于垂直軸并遠離垂直軸指向；至少一個饋電網(wǎng)絡，其被通信耦合到所述至少四個單極天線元件的至少四個相應的邊緣部分。用從用來驅(qū)動第二單極天線元件的第二驅(qū)動相位偏移90度的第一驅(qū)動相位驅(qū)動第一單極天線元件。第二單極天線元件的第二輻射表面被關(guān)于第一單極天線元件的第一輻射表面正交地布置。第二驅(qū)動相位從被用來驅(qū)動第三單極天線元件的第三驅(qū)動相位偏移90度。第三單極天線元件的第三輻射表面被關(guān)于第二單極天線元件的第二輻射表面正交地布置。第三單極天線元件的第三輻射表面與第一單極天線元件的第一輻射表面方向相反。第三驅(qū)動相位從被用來驅(qū)動第四單極天線元件的第四驅(qū)動相位偏移90度。第四單極天線元件的第四輻射表面被關(guān)于第三單極天線元件的第三輻射表面和第一單極天線元件的第一輻射表面兩者正交地布置。第四單極天線元件的第四輻射表面與第二單極天線元件的第二輻射表面方向相反。
【附圖說明】
[0006]當鑒于優(yōu)選實施例的描述和以下附圖來考慮時，可以更容易地理解本發(fā)明的實施例且其另外的優(yōu)點和使用更加顯而易見，在所述附圖中:
圖1是根據(jù)本發(fā)明的寬帶圓極化天線的實施例的斜視圖；
圖2是圖1的寬帶圓極化天線的正Z方向上的視圖； 圖3是作為頻率的函數(shù)的用于圖1的寬帶圓極化天線的回波損耗的圖。
[0007]圖4是根據(jù)本發(fā)明的形成寬帶圓極化天線的單極天線元件的部分天線陣列的實施例的斜視圖；
圖5是作為仰角的函數(shù)的處于右旋和左旋極化兩者的圖4的寬帶圓極化天線的軸比性能的圖；
圖6是圖4的寬帶圓極化天線可操作用于輻射右旋圓極化場時的作為仰角的函數(shù)的用于右旋和左旋極化的天線增益圖案的圖；
圖7是根據(jù)本發(fā)明的共享同一垂直軸并形成寬帶圓極化天線的圖1的多個寬帶圓極化天線的實施例的斜視圖；
圖8是根據(jù)本發(fā)明的共享同一垂直軸并形成寬帶圓極化天線的圖4的多個寬帶圓極化天線的實施例的斜視圖；以及
圖9是根據(jù)本發(fā)明的使用寬帶圓極化天線來生成寬帶圓極化輻射的方法。
[0008]根據(jù)一般慣例，各種所述特征并未按比例繪制，而是為了強調(diào)與本發(fā)明有關(guān)的特征而繪制。遍及各圖和正文，參考字符表示相似的元件。
【具體實施方式】
[0009]在以下詳細描述中，參考形成其一部分的附圖，并且在附圖中通過其中可實施本發(fā)明的特定說明性實施例的方式示出。足夠詳細地描述了這些實施例以使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，并且應理解的是可利用其它實施例且在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可進行邏輯、機械以及電氣改變。因此，不應在限制性意義上理解以下詳細描述。
[0010]在本文中，描述了一種圓極化天線，其克服了上述問題并且其實現(xiàn)比當前可用圓極化天線更寬的操作頻帶。本申請的實施例包括至少四個單極天線元件。每個單極天線元件具有輻射表面。單極天線元件被圍繞著垂直軸布置，使得相應輻射表面的法線垂直于垂直軸并遠離垂直軸指向。將驅(qū)動每個單極天線元件的饋電網(wǎng)絡在四個單極天線元件的四個相應的邊緣部分處被通信耦合到四個單極天線元件。當相位分別地以0°、-90°、-180°和-270°相角驅(qū)動第一、第二、第三以及第四單極天線元件時，從圓極化天線輻射的電場針對在水平線以上的仰角是右旋圓極化(RHCP)，并且針對明顯在水平線以下的某些仰角是左旋圓極化(LHCP)。通過針對相應的第一、第二、第三以及第四單極天線元件使驅(qū)動相角反向成0°、+90°、+180°、+270°，輻射場針對在水平線以上的仰角是LHCP，并且針對明顯在水平線以下的某些仰角是RHCP。
[0011]每個單極天線元件被相對于中心結(jié)構(gòu)垂直地組裝。該中心結(jié)構(gòu)作為機械支撐和射頻(RF)接地連接。至少四個單極天線元件被連接到同一信號接地參考。每個天線元件是單極輻射器?；据椛鋯卧妮椛潆妶?E場)覆蓋360°方位角范圍內(nèi)的從垂直(0° )至水平(90° )的所有仰角?；趩螛O天線元件被驅(qū)動所處的相角，相對的天線對的輻射E場是垂直的?？偺炀€陣列在非常低的仰角下創(chuàng)建圓極化。最簡單拓撲是位于水平線以上的四個單極寬帶輻射器(天線元件)。在本實施例的一個實施方式中，將四個被成像未饋電單極寬帶輻射器對稱地布置在水平線以下。該四個被成像未饋電單極寬帶輻射器被連接到適當?shù)呢撦d阻抗以優(yōu)化軸比。
[0012]圖1是根據(jù)本發(fā)明的寬帶圓極化天線10的實施例的斜視圖。圖2是圖1的寬帶圓極化天線10的正Z方向上的視圖。在圖2中，看到在沿著Z軸的正Z方向上看的寬帶圓極化天線10。寬帶圓極化天線10包括具有四個相應的輻射表面121 —124的四個單極天線元件111一114。當寬帶圓極化天線10在操作中時，從福射表面121—124發(fā)射電磁場，使得寬帶圓極化天線10在360°的方位角的范圍內(nèi)以從垂直(0° )到水平(90° )的所有仰角發(fā)射圓極化輻射(或接近圓極化輻射)。將用于每個輻射表面121 —124的法線表示為相應的箭頭131 —134。
[0013]將四個單極天線元件111一 114布置在垂直軸20 (在z方向上示出)周圍，使得所述至少四個相應的輻射表面121 — 124的四個法線131 —134垂直于垂直軸20 (S卩，在y_z平面上)并遠離垂直軸20指向。饋電網(wǎng)絡150被通信耦合到四個單極天線元件111 一 114的相應的邊緣部分。
[0014]第一單極天線元件111具有帶有第一法線131的第一輻射表面121。第一單極天線元件111的第一邊緣部分146經(jīng)由饋電網(wǎng)絡150的第一接觸區(qū)域141被連接到饋電網(wǎng)絡150。
[0015]第二單極天線元件112具有帶有第二法線132的第二輻射表面122。第二單極天線元件112的第二邊緣部分147經(jīng)由饋電網(wǎng)絡150的第二接觸區(qū)域142連接到饋電網(wǎng)絡150。第二單極天線元件112的第二輻射表面122被關(guān)于第一單極天線元件111的第一輻射表面121正交地布置。
[0016]第三單極天線元件113具有帶有第三法線133的第三輻射表面123。第三單極天線元件113的第三邊緣部分(不可見)經(jīng)由饋電網(wǎng)絡150的第三接觸區(qū)域143被連接到饋電網(wǎng)絡150。第三單極天線元件113的第三輻射表面123被關(guān)于第二單極天線元件112的第二輻射表面122正交地布置。第三單極天線元件113的第三輻射表面123與第一單極天線元件111的第一輻射表面121方向相反(S卩，法線131與法線133方向相反)。
[0017]第四單極天線元件114具有帶有第四法線134的第四輻射表面124。第四單極天線元件114的第四邊緣部分(不可見)經(jīng)由饋電網(wǎng)絡150的第四接觸區(qū)域144被連接到饋電網(wǎng)絡150。第四單極天線元件114的第四輻射表面124被關(guān)于第三單極天線元件113的第三輻射表面123和第一單極天線元件111的第一輻射表面121兩者正交地布置。第四單極天線元件114的第四輻射表面124與第二單