CN103457017A

CN103457017A - 三频双极化圆锥共形微带天线阵列

Info

Publication number: CN103457017A
Application number: CN2013104051046A
Authority: CN
Inventors: 王昊; 陈康; 周静; 方鑫; 张平平; 孙长富
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2013-12-18

Abstract

本发明公开了一种三频双极化圆锥共形全向微带天线阵列，通过将单频和双频的微带天线阵列呈上下放置在圆锥体表面来实现三频工作，同时天线阵列均匀围绕在圆锥体表面来实现波束全向性覆盖。每个阵列由四个微带天线单元通过微带线并联馈电构成。单频天线单元由微带天线辐射边馈电、双频天线单元由微带天线非辐射边馈电。在单频天线单元的非辐射边上通过开缝来减小贴片的尺寸，贴片单元为线极化工作；在双频天线单元的辐射边上通过开缝来实现双频，低频为圆极化，高频为线极化。天线加工所用的微带介质为易弯曲的特种介质。本发明可以在有限的载体表面实现三频双极化工作要求，且可以实现波束的全向性覆盖。

Description

三频双极化圆锥共形微带天线阵列

技术领域

本发明涉及共形于圆锥载体表面的一种微带天线阵列，特别是一种三频双极化圆锥共形微带天线阵列。

背景技术

随着现代通信、军事的不断发展，机载、星载及各类通信和遥测遥控系统所需要的电子组件部件向着短、小、轻、薄、高可靠性、高速度的方向快速发展，在性能方面，迫切需要电磁兼容性好、不易受电子干扰、雷达散射截面RCS(Radar Cross Section)小,具有隐身/反隐身特性的高性能阵列天线。共形微带天线具有剖面低、重量轻、体积小、易于实现共形等一系列优点，因此近年来日益受到重视。

弹体上的共形微带天线，由于其使用环境的特殊性对共形天线的设计也提出了新的要求。弹体上的共形微带天线出于空气动力学的考虑往往需要设计在锥面上，但由于锥面几何形状相对较复杂、因此设计难度较大。另外弹体上的共形天线需要全向性，以保证弹体在飞行旋转状态下接收信号。而全向性天线的设计需要仔细的考虑天线单元的排列，使得天线方向图的全向性覆盖得到满足。随着通信技术的发展，双频和多频的工作模式日益成为技术的主流。弹体上的共形天线也有同样的需求，以保证收发共用的需要。但是如何在弹体有限的尺寸上实现双频或多频工作也是一个技术难点，现有技术中尚无相关描述。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三频双极化圆锥共形微带天线阵列。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种三频双极化圆锥共形微带天线阵列，包括圆锥载体、第一微带线、第一微带天线阵列、第二微带线和第二微带天线阵列，所述第一微带天线阵列和第二微带天线阵列均设置在圆锥载体的外表面，并均匀的围绕在圆锥载体表面，其中第一微带天线阵列位于第二微带天线阵列的上方，其中第一微带天线阵列包括四个单频微带天线单元，该四个单频微带天线单元通过第一微带线并联，第二微带天线阵列包括四个双频微带天线单元，该四个双频微带天线单元通过第二微带线并联。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1）在单频天线单元微带贴片上开缝，减小天线的尺寸来满足圆锥载体轴线尺寸的要求；2）在双频天线单元微带贴片上开缝，实现双频工作；3）本发明采用三种不同谐振频率的微带天线阵列上下放置在圆锥载体来满足三频的工作要求，多频的工作方式可以增加信息的通信容量；4）在双频微带天线单元中通过微扰和边馈实现圆极化工作，圆极化的工作方式用于接收GPS信号；5)在圆锥体这一复杂的几何结构上实现了全向性的天线波束覆盖，这样能保证载体在高速旋转的情况下还可以接收信号；6）本发明可以在有限的载体表面实现三频双极化工作要求，且可以实现波束的全向性覆盖。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明的圆锥体上的三频共形微带天线结构图。

图2为本发明的双频微带天线单元的俯视图。

图3为本发明的双频微带天线单元的侧视图。

图4为本发明的单频微带天线单元的俯视图。

图5为本发明的单频微带天线单元的侧视图。

图6为本发明的双频微带天线阵列的反射系数结果图。

图7为本发明的双频微带天线阵列低频的全向轴比结果图。

图8为本发明的单频微带天线阵列的反射系数结果图。

具体实施方式

本发明的一种三频双极化圆锥共形微带天线阵列，包括圆锥载体1、第一微带线2、第一微带天线阵列3、第二微带线4和第二微带天线阵列5，所述第一微带天线阵列3和第二微带天线阵列5均设置在圆锥载体1的外表面，并均匀的围绕在圆锥载体表面，其中第一微带天线阵列3位于第二微带天线阵列5的上方，其中第一微带天线阵列3包括四个单频微带天线单元11，该四个单频微带天线单元11通过第一微带线2并联，第二微带天线阵列5包括四个双频微带天线单元6，该四个双频微带天线单元6通过第二微带线4并联。

所述单频微带天线单元11通过第一微带线2在辐射边进行馈电，双频微带天线单元6通过第二微带线4在非辐射边进行馈电。

双频微带天线单元6包括第二地板8、第二介质9和第二微带贴片10，所述第二地板8位于第二介质9的下方，第二微带贴片10位于第二介质9的上方，第二微带贴片10的辐射边上各开有一个缝，上述两个缝关于第二微带贴片10的垂直中心线对称；单频微带天线单元11包括第一地板13、第一介质14和第一微带贴片15，所述第一地板13位于第一介质14的下方，第一微带贴片15位于第一介质14的上方，第一微带贴片15的非辐射边上各开有两个缝，所述单频微带天线单元11关于垂直中心线对称。

双频微带天线单元6的长度为b1，宽度为a1，缝隙的长度为b2，缝隙的宽度为a2，左边缝隙与天线左边沿的距离为a5，天线单元的馈线宽度为a3，天线单元的馈线距天线右边沿的距离为a4，具体尺寸为： a1为59.8mm，b1为62.0mm，a2为2.2mm，b2为45.7mm，a3为1.3mm，a4为8.3mm，a5为2.0mm。

单频微带天线单元11宽度为a6，左上缝隙与天线单元上沿的长度为b3，左上缝隙的宽度为b4，长度为a7，左上缝隙与左下缝隙的相邻边的长度b5，左下缝隙的宽度为b6，长度为a7，左下缝隙与天线单元下沿的长度为b7，馈线插入天线单元的深度为b8，馈线两边的缝宽为a8，具体尺寸为：b3为8.5mm, b4为3.0mm, b5为6.0mm, a6为56.2mm, a7为18.7mm,a8为1.1mm ，b6为3.0mm, b7为8.5mm， b8为12.0mm。

第二介质9和第一介质14的厚度均为1.143mm，介电常数均为2.17，损耗角均为0.0009。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

本发明的一种L波段和S波段圆锥共形全向三频微带阵列，包括两种微带天线阵列，第一微带天线阵列对应于一个工作频率，第二微带天线阵列对应于两个工作频率，并且呈上下共形放置在圆锥体表面，其中第一微带天线阵列放置在圆锥体周长较短的部分，而相应第二微带天线阵列放置在圆锥体周长较长的部分。第一微带天线阵列和第二微带天线阵列均由四个微带天线单元通过微带线并联馈电构成，第一微带天线阵列和第二微带天线阵列的四个天线单元在圆锥的圆周上均匀分布。其第二微带天线阵列的天线单元由微带线非辐射边馈电，同时天线单元上通过在辐射边开缝来实现双频工作，天线单元低频为圆极化、高频为线极化；第一微带天线阵列的天线单元由微带线辐射边馈电，同时在天线单元的非辐射边上开缝，从而实现小型化，天线单元为线极化工作。第一微带天线阵列对应于一个工作频率、第二微带天线阵列对应于两个工作频率。

结合图1，本发明专利的一种L波段和S波段三频工作的全向共形微带天线阵列，包括圆锥载体1、第一微带天线阵列3、第一微带线2、第二微带天线阵列5、第二微带线4，第一微带线2通过并联馈电连接四个单频微带天线单元11，第二微带线4通过并联馈电连接四个双频微带天线单元6。

结合图2，本发明专利的双频微带天线单元6的俯视图,其特征为通过在辐射边上各开一条缝隙来实现天线双频工作，输入口7为天线单元的馈电口。双频微带天线单元6的长度为b1，宽度为a1,缝隙的长度为b2，缝隙的宽度为a2，左边缝隙与天线左边沿的距离为a5，天线单元的馈线宽度为a3，天线单元的馈线距天线右边沿的距离为a4。

结合图3，本发明专利的双频天线单元6侧视图，该结构包括第二地板8，第二介质9，第二微带贴片10。

结合图4，本发明专利的单频天线单元11的俯视图,其特征为通过在非辐射边上开了两条缝隙来减小天线的尺寸，输入口12为天线单元的馈电口。单频微带天线单元11宽度为a6，左上缝隙与天线单元上沿的长度为b3，左上缝隙的宽度为b4，长度为a7，左上缝隙与左下缝隙的相邻边的长度b5，左下缝隙的宽度为b6，长度为a7，左下缝隙与天线单元下沿的长度为b7，馈线插入天线单元的深度为b8，馈线两边的缝宽为a8。

结合图5，本发明专利的单频天线单元11的侧视图，该结构包括第一地板13，第一介质14，第一微带贴片15。

双频微带天线单元6的低频为圆极化、高频为线极化工作；单频微带天线单元11为线极化工作。

下面结合实施例对本发明专利做进一步详细的描述。

在本实施例中所用的三个频点为1.575GHz、1.78GHZ和2.428GHz，所用的介质板的介电常数为2.17，厚度为1.143mm，损耗角为0.0009。其中圆锥载体的上边沿弧长为321mm，下边沿的弧长为433mm，圆锥的切边长为111.5mm。a1为59.8mm，b1为62.0mm，a2为2.2mm，b2为45.7mm，a3为1.3mm，a4为8.3mm,a5为2.0mm; b3为8.5mm，b4为3.0mm，b5为6.0mm，a6为56.2mm，a7为18.7mm,a8为1.1mm，b6为3.0mm,b7为8.5mm,b8为12.0mm。

其中图6－7分别为双频微带天线阵列对应的反射系数图和全向轴比图。图8为单频微带天线阵列对应的反射系数图。由图6－7可知，双频微带天线阵列满足双频工作要求，且轴比在全向都低于3dB。由图8可知，单频微带天线阵列满足单频工作要求。

Claims

1.一种三频双极化圆锥共形微带天线阵列，其特征在于，包括圆锥载体[1]、第一微带线[2]、第一微带天线阵列[3]、第二微带线[4]和第二微带天线阵列[5]，所述第一微带天线阵列[3]和第二微带天线阵列[5]均设置在圆锥载体[1]的外表面，并均匀的围绕在圆锥载体表面，其中第一微带天线阵列[3]位于第二微带天线阵列[5]的上方，其中第一微带天线阵列[3]包括四个单频微带天线单元[11]，该四个单频微带天线单元[11]通过第一微带线[2]并联，第二微带天线阵列[5]包括四个双频微带天线单元[6]，该四个双频微带天线单元[6]通过第二微带线[4]并联。

2.根据权利要求1所述的三频双极化圆锥共形微带天线阵列，其特征在于，所述单频微带天线单元[11]通过第一微带线[2]在辐射边进行馈电，双频微带天线单元[6]通过第二微带线[4]在非辐射边进行馈电。

3.根据权利要求1或2所述的三频双极化圆锥共形微带天线阵列，其特征在于，双频微带天线单元[6]包括第二地板[8]、第二介质[9]和第二微带贴片[10]，所述第二地板[8]位于第二介质[9]的下方，第二微带贴片[10]位于第二介质[9]的上方，第二微带贴片[10]的辐射边上各开有一个缝，上述两个缝关于第二微带贴片[10]的垂直中心线对称；单频微带天线单元[11]包括第一地板[13]、第一介质[14]和第一微带贴片[15]，所述第一地板[13]位于第一介质[14]的下方，第一微带贴片[15]位于第一介质[14]的上方，第一微带贴片[15]的非辐射边上各开有两个缝，所述单频微带天线单元[11]关于垂直中心线对称。

4.根据权利要求3所述的三频双极化圆锥共形微带天线阵列，其特征在于，双频微带天线单元[6]的长度为b1，宽度为a1，缝隙的长度为b2，缝隙的宽度为a2，左边缝隙与天线左边沿的距离为a5，天线单元的馈线宽度为a3，天线单元的馈线距天线右边沿的距离为a4，具体尺寸为： a1为59.8mm，b1为62.0mm，a2为2.2mm，b2为45.7mm，a3为1.3mm，a4为8.3mm，a5为2.0mm。

5.根据权利要求3所述的三频双极化圆锥共形微带天线阵列，其特征在于，单频微带天线单元[11]宽度为a6，左上缝隙与天线单元上沿的长度为b3，左上缝隙的宽度为b4，长度为a7，左上缝隙与左下缝隙的相邻边的长度b5，左下缝隙的宽度为b6，长度为a7，左下缝隙与天线单元下沿的长度为b7，馈线插入天线单元的深度为b8，馈线两边的缝宽为a8，具体尺寸为：b3为8.5mm, b4为3.0mm, b5为6.0mm, a6为56.2mm, a7为18.7mm,a8为1.1mm，b6为3.0mm, b7为8.5mm，b8为12.0mm。

6.根据权利要求3所述的三频双极化圆锥共形微带天线阵列，其特征在于，第二介质[9]和第一介质[14]的厚度均为1.143mm，介电常数均为2.17，损耗角均为0.0009。