專利名稱：波瓣仰角可調(diào)水平極化全向天線設(shè)計(jì)技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種波瓣仰角可調(diào)水平極化全向天線設(shè)計(jì)技術(shù)，具體是雙金屬板加載、介質(zhì)支撐、俯仰波束指向可調(diào)的單層微帶偶極子圓形陣列天線。本發(fā)明既可用作廣電通信領(lǐng)域的收發(fā)天線，又可在電子對(duì)抗中用作誘餌天線。
背景技術(shù)：
水平極化全向天線的輻射方向圖在方位面內(nèi)是一個(gè)無(wú)方向性的圓，它廣泛應(yīng)用于通訊廣播、雷達(dá)信標(biāo)和敵我識(shí)別等領(lǐng)域。由于磁偶極子并不存在，所以水平極化全向天線需要靠方向圖疊加形成全向輻射。微帶全向天線因其易加工、輕重量、低成本等特點(diǎn)而得到廣泛研究，比較典型的方法有1.非水平共面組合天線，主要有圓柱共形微帶天線(Immanual Jayakumar, Ramesh Garg, Sarap B K, Bhagwan Lai. A conformal cylindrical microstrip array forproducing omnidirectional radiation pattern[J]. IEEE Transaction on Antennas and Propagation, 1986, 34 (10) :1258-1261)、四單元微帶貼片方形陣(李碩，水平極化全向(高增益)通訊天線的設(shè)計(jì)和研究，電子科技大學(xué)2007年碩士論文)。這種類型將天線單元環(huán)繞載體分布，能夠形成全向輻射。但存在制作精度要求高和重量大的缺點(diǎn)。2.水平共面組合天線，主要有Alford環(huán)天線、印刷偶極子方形陣(錢嵩松，李興國(guó)· 一種由漸變縫隙天線構(gòu)成的等效全向天線.微波學(xué)報(bào)，2006年，22 (2) 41-44)和印刷偶極子圓形陣(馮祖建，張立新，孫紹國(guó).水平極化全向天線的設(shè)計(jì).微波學(xué)報(bào)，2008年， 24(6) :60-64)。這種類型的天線單元全部蝕刻在微帶板上，制作精度高且質(zhì)量輕。但是現(xiàn)有的設(shè)計(jì)存在著阻抗匹配困難，下方安裝金屬支撐結(jié)構(gòu)使天線波束上翹且俯仰面波束指向不可調(diào)等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種波瓣仰角可調(diào)水平極化全向天線設(shè)計(jì)技術(shù)，克服天線阻抗匹配困難，天線俯仰波束指向不可調(diào)等缺點(diǎn)。天線具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，增益高，方位面內(nèi)波瓣起伏低和抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)上述目的的具體技術(shù)方案如下利用多個(gè)微帶偶極子模擬電流環(huán)，四個(gè)微帶偶極子均勻分布在微帶板的圓周上。 在微帶板上、下兩側(cè)加載兩塊金屬板。利用四根介質(zhì)柱的法蘭支撐微帶板并用螺釘固定，介質(zhì)柱的另一端固定在金屬板的安裝孔中。微帶偶極子的終端為弧形，且在各偶極子對(duì)之間留有間隔。利用兩級(jí)功分網(wǎng)絡(luò)饋電。每?jī)蓚€(gè)微帶偶極子的平行雙線饋電網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)后，再經(jīng)平行雙線至微帶線過(guò)渡，最后兩條微帶線并聯(lián)與同軸接頭匹配。采用了對(duì)稱饋電結(jié)構(gòu)。
在下方金屬板中間打孔，供饋電電纜穿過(guò)。本發(fā)明微帶天線的有益技術(shù)效果體現(xiàn)在下述幾個(gè)方面1、微帶偶極子上、下兩側(cè)各加載一塊金屬板，金屬板的鏡像效應(yīng)提高了天線的增益；同時(shí)提高了天線上、下端的抗干擾能力。2、調(diào)整金屬板直徑尺寸，可改變俯仰面波束指向。3、每?jī)蓚€(gè)微帶偶極子的平行雙線饋電網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)后再變換至微帶線，降低了平行雙線與微帶線匹配難度。4、饋電電纜從下方金屬板的中心孔穿過(guò)，不影響天線全向輻射特性。最終設(shè)計(jì)結(jié)果表明，本發(fā)明天線在10%的相對(duì)頻帶內(nèi)駐波小于1.5，方位面內(nèi)增益高于2. 3dB，增益起伏小于ldB，交叉極化電平低于-30dB。天線俯仰面內(nèi)波束指向調(diào)節(jié)簡(jiǎn)


下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖，通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。圖1為本發(fā)明天線的結(jié)構(gòu)透視圖；圖2為本發(fā)明天線的微帶板俯視圖；圖3為本發(fā)明天線的微帶偶極子單元；圖4為本發(fā)明天線的饋電網(wǎng)絡(luò)；圖5為實(shí)施例1的高頻結(jié)構(gòu)仿真(HFSS)軟件仿真的端口駐波曲線；圖6 8為實(shí)施例1的高頻結(jié)構(gòu)仿真(HFSS)軟件仿真的天線低、中、高頻點(diǎn)的方位面輻射方向圖；圖9 11為實(shí)施例1的高頻結(jié)構(gòu)仿真(HFSS)軟件仿真的天線低、中、高頻點(diǎn)的俯仰面輻射方向圖；圖12為實(shí)施例2的高頻結(jié)構(gòu)仿真(HFSS)軟件仿真的中頻俯仰面輻射方向圖；圖13為實(shí)施例3兩單元線陣的結(jié)構(gòu)透視圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 參見(jiàn)圖1，一種波瓣仰角可調(diào)水平極化全向天線。整個(gè)天線包括頂端金屬反射板 1，全向微帶天線2，聚四氟乙烯介質(zhì)柱3，底端金屬反射板4。每根介質(zhì)柱中間由介質(zhì)法蘭5 連接。全向微帶天線夾在上下介質(zhì)法蘭之間固定，介質(zhì)柱插入金屬板安裝孔中固定。上下金屬板直徑均為90mm，厚度為2mm。下方金屬板上開(kāi)有直徑12mm的穿孔10，供饋電的同軸電纜穿過(guò)。如圖2所示，全向微帶天線2由介質(zhì)板6，四個(gè)微帶偶極子7及饋電網(wǎng)絡(luò)8組成。 四個(gè)微帶偶極子均勻蝕刻在介質(zhì)板圓周上，微帶板直徑是87mm。如圖3所示，微帶偶極子7的兩臂分別位于介質(zhì)板的上下層，偶極子終端采用弧形結(jié)構(gòu)。微帶偶極子通過(guò)平行雙線8饋電。如圖4所示，采用平行雙線8作為微帶偶極子的饋電巴倫。每?jī)蓚€(gè)平行雙線并聯(lián)后，變換至微帶形式；兩根微帶線并聯(lián)，經(jīng)同軸微帶垂直過(guò)渡與射頻連接器9相連。
本發(fā)明天線工作原理如下單個(gè)微帶偶極子的E面波瓣為“8”字形，通過(guò)在圓周上均勻環(huán)布四個(gè)偶極子使方向圖疊加形成全向輻射。底端支撐金屬板4的鏡像作用使天線主波束上翹，在頂端加一個(gè)同尺寸的金屬板1，兩塊金屬板共同作用使主波束位于水平方向，并提高天線增益。采用平行雙線8作為微帶偶極子的饋電巴倫，天線帶內(nèi)性能穩(wěn)定；連接平行雙線的兩臂反相饋電，提高天線交叉極化性能。為避免四個(gè)偶極子并聯(lián)的阻抗差異大，饋電網(wǎng)絡(luò)采用兩級(jí)一分二功分器組成。將平行雙線阻抗設(shè)計(jì)為100 Ω，兩個(gè)偶極子的饋電網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)得到50Ω阻抗，再通過(guò)漸變線將其變換至100Ω與同阻抗的微帶線相連。兩根微帶線并聯(lián)后，經(jīng)同軸微帶垂直過(guò)渡與射頻連接器9相連。本發(fā)明性能如下圖5為本發(fā)明S波段天線高頻結(jié)構(gòu)仿真軟件(HFSS)仿真駐波曲線，可見(jiàn)在10%的相對(duì)頻帶內(nèi)駐波小于1.5。圖6 8為天線低、中、高三個(gè)頻點(diǎn)仿真的方位面(Ε面)內(nèi)波瓣圖。三個(gè)頻點(diǎn)的增益均高于2. 3dB，增益起伏小于ldB，。交叉極化電平低于_30dB。圖9 11為天線低、中、高三個(gè)頻點(diǎn)仿真的俯仰面(H面)內(nèi)波瓣圖。俯仰面內(nèi)波束對(duì)稱性好，三個(gè)頻點(diǎn)的波瓣最大值均位于水平方向。實(shí)施例2:本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是俯仰面指向60度的S波段水平極化全向天線，此天線是將實(shí)施例1中天線下方金屬板直徑尺寸增加到200mm所得。中心頻點(diǎn)2. 85GHz的俯仰面輻射方向圖如圖12，由圖可見(jiàn)俯仰面天線波束指向60度。實(shí)施例3 本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例如圖13，是一個(gè)應(yīng)用于S波段全向天線的二元線陣。此天線由兩個(gè)實(shí)施例1中的天線單元沿軸向疊加而成，兩個(gè)單元可以通過(guò)等幅同相饋電，在俯仰面提高增益。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選方式對(duì)本發(fā)明所做的詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明具體實(shí)施僅限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做成若干簡(jiǎn)單推演或替換，如采用不同形狀的偶極子和不同的支撐形式、改變上方金屬板尺寸來(lái)調(diào)整俯仰波束指向，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書(shū)確定的發(fā)明保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種波瓣仰角可調(diào)水平極化全向天線，包括全向微帶天線，頂端和底端兩塊金屬反射板，支撐介質(zhì)柱。其特征在于A、利用多個(gè)半波微帶偶極子均勻分布在圓形介質(zhì)板周圍模擬電流環(huán)，偶極子終端采用弧形結(jié)構(gòu)；采用多級(jí)功分器饋電。B、微帶偶極子上、下兩側(cè)加載兩塊金屬板，波瓣仰角可調(diào)。C、用四根聚四氟乙烯介質(zhì)柱支撐全向微帶天線，介質(zhì)柱固定在上下端金屬板上。全向微帶天線夾在介質(zhì)柱中間的兩塊法蘭之間，用螺釘使微帶板固定。D、在下方金屬板中間打孔，供饋電電纜穿過(guò)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波瓣仰角可調(diào)水平極化全向天線，其特征在于全向微帶天線由四個(gè)微帶偶極子及饋電網(wǎng)絡(luò)組成。四個(gè)微帶偶極子均勻蝕刻在介質(zhì)板圓周上。每個(gè)偶極子的兩臂分別位于介質(zhì)板的上下層，偶極子終端采用弧形結(jié)構(gòu)。采用平行雙線作為微帶偶極子的饋電巴倫。每?jī)蓚€(gè)平行雙線并聯(lián)后，變換至微帶形式；兩根微帶線并聯(lián)后，經(jīng)同軸微帶垂直過(guò)渡與射頻連接器相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波瓣仰角可調(diào)水平極化全向天線，其特征在于微帶天線上、下兩側(cè)加載兩塊金屬板。通過(guò)調(diào)整金屬板直徑尺寸，可改變俯仰面波束指向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波瓣仰角可調(diào)水平極化全向天線，其特征在于每根介質(zhì)柱由兩截組成；兩截介質(zhì)柱與微帶天線接觸的部分各有一個(gè)介質(zhì)法蘭，全向微帶天線夾在兩塊法蘭之間用螺釘固定。介質(zhì)柱另一端安裝在上下金屬板的安裝孔中使天線成為一體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波瓣仰角可調(diào)水平極化全向天線，其特征在于 電纜從下方孔中穿過(guò)，避免從天線外圍布線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種波瓣仰角可調(diào)水平極化全向天線設(shè)計(jì)技術(shù)，解決了現(xiàn)有水平極化全向天線俯仰面波束指向固定、天線增益低、阻抗匹配困難的問(wèn)題。該天線包括頂端反射板、微帶天線、底端反射板和支撐介質(zhì)柱。微帶天線由四個(gè)弧形微帶偶極子沿圓周排列組成；頂端和底端金屬板置于微帶天線上、下兩側(cè)，調(diào)整上、下金屬板大小可改變俯仰面波束指向；微帶天線夾在兩側(cè)介質(zhì)柱的法蘭間并用螺釘固定；下方金屬板中間打孔供饋電電纜穿過(guò)。本發(fā)明天線在10％的相對(duì)頻帶內(nèi)駐波小于1.5，方位面內(nèi)增益高于2.3dB、增益起伏小于1dB，交叉極化電平低于-30dB；波束指向可調(diào)。本發(fā)明提高了天線的增益、阻抗匹配、交叉極化性能、天線頂端和底端的抗干擾性能，適用于廣電通信、電子對(duì)抗等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01Q21/24GK102570014SQ20111036714
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者簡(jiǎn)玲, 袁洪, 陳文俊, 高國(guó)明 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所