[發(fā)明專利]Ku波段低剖面雙頻雙極化陣列天線

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110109938.3
• 申請日: 2011-04-29
• 公開（公告）號: CN102280718A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐燁;梁仙靈;耿軍平;朱宏軍;金榮洪;葉聲;張麗清;曾勇
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué);山東英特力光通信開發(fā)有限公司
• 主分類號: H01Q21/00
• 分類號: H01Q21/00;H01Q21/24;H01Q1/38
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于衛(wèi)星通信技術(shù)領(lǐng)域的天線，具體是一種工作于Ku波段的低剖面雙頻雙極化陣列天線。

背景技術(shù)

現(xiàn)今移動(dòng)影音、無線電配備及無線網(wǎng)絡(luò)愈來愈多樣化，例如數(shù)字無線電視、收音機(jī)、衛(wèi)星導(dǎo)航及無線網(wǎng)絡(luò)等均利用無線傳輸，而這些通訊系統(tǒng)的運(yùn)作，都必須通過天線來負(fù)責(zé)信號的傳送與接收，因此天線是無線系統(tǒng)中非常重要的一個(gè)部分。同時(shí)，現(xiàn)代航天、通信、雷達(dá)等軍民應(yīng)用領(lǐng)域中，如機(jī)載、星載及各類衛(wèi)星通信系統(tǒng)朝著小型化、輕型化、多功能一體化方向發(fā)展。在性能方面，迫切需要能夠在多個(gè)頻率下工作、電磁兼容性好、不易受電子干擾、雷達(dá)散射截面(RCS)小、具有隱身/反隱身特性的高性能陣列天線。集成多種功能于一副天線，既可以實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，還能簡化系統(tǒng)，如同時(shí)實(shí)現(xiàn)寬帶、雙頻、雙極化工作特性。

微帶天線和常用的微波天線相比，具有體積小、重量輕、剖面低、便于與載體共形；性能多樣化，易于得到各種極化等優(yōu)點(diǎn)。因此，有許多文獻(xiàn)研究了利用微帶天線實(shí)現(xiàn)雙頻雙極化的需求。

經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的利用微帶天線實(shí)現(xiàn)雙頻雙極化的做法有：R.Shavit等人發(fā)表在2005年8月電子短文(IEE?Proceedings?Microwaves，Antennas?&?Propagation)第152卷，第4期的文章：雙頻圓極化微帶天線(Dual?frequency?circularly?polarized?microstrip?antenna)，提出了利用雙層輻射貼片實(shí)現(xiàn)雙頻雙圓極化，兩個(gè)貼片分別工作于兩個(gè)頻段，這種結(jié)構(gòu)天線尺寸較大，口面效率也不高，相對阻抗帶寬較窄。

L.Tso-Wei等人發(fā)表在2005年4月電子短文(IEEE/ACES?International?Conference)的文章：雙頻圓極化微帶天線(Dual?band?circularly?polarized?microstrip?antenna)，提出利用兩個(gè)輻射貼片嵌套的形式，嵌套的兩個(gè)貼片均工作于主模，這種結(jié)構(gòu)由于存在外貼片的匹配限制，要求較大的內(nèi)外貼片尺寸比，因此需要電容加載或運(yùn)用于較大頻率比的情況。

史清等人發(fā)表在2004年12月的微波學(xué)報(bào)第20卷，第4期的文章：雙頻雙圓極化微帶天線實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，提出了采用單貼片口徑耦合天線同時(shí)增大基片厚度，達(dá)到同時(shí)覆蓋兩個(gè)工作頻率的效果，這種結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生大量表面波影響天線輻射效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足和缺陷，提供了一種Ku波段低剖面雙頻雙極化陣列天線，使之能夠滿足當(dāng)前Ku波段衛(wèi)星通信的收發(fā)頻段的阻抗寬帶需求，水平極化與垂直極化端口隔離度優(yōu)于30dB。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明所述Ku波段低剖面雙頻雙極化陣列天線由八層結(jié)構(gòu)組成的多層夾心結(jié)構(gòu)，依次為寄生單元層、第一介質(zhì)板層、空氣層、激勵(lì)單元及第一極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)層、第二介質(zhì)板層、接地板層、第三介質(zhì)板層和第二極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)層，其中：寄生單元層內(nèi)設(shè)有矩形貼片結(jié)構(gòu)的寄生單元，該寄生單元緊貼第一介質(zhì)板層，激勵(lì)單元及第一極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)設(shè)有矩形貼片結(jié)構(gòu)的激勵(lì)單元以及以側(cè)饋形式饋電的第一極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)，第二極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)設(shè)有通過探針與激勵(lì)單元相連的第二極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)，寄生單元層緊貼第一介質(zhì)板層，激勵(lì)單元和第一極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)位于同一層表面上，第二極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)通過探針與激勵(lì)單元相連。

本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，其效果是積極和明顯的。本發(fā)明因?yàn)檎w采用多層夾心結(jié)構(gòu)，使天線的剖面很低。采用單個(gè)貼片實(shí)現(xiàn)雙頻雙極化功能，通過附加寄生貼片，擴(kuò)展了帶寬，并提高了增益，也使天線的口面利用效率獲得改善。采用網(wǎng)絡(luò)的分層設(shè)計(jì)提高了兩極化端口的隔離度。擴(kuò)展組陣時(shí)，相鄰單元等幅反相饋電，也降低了交叉極化。本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)經(jīng)過優(yōu)化布局，使其損耗盡可能小，也使得天線的整體增益盡可能高。因此，本發(fā)明具有低剖面、高增益、高隔離度和雙頻雙極化等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為實(shí)施例部分結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：(a)為寄生單元結(jié)構(gòu)示意圖，(b)為第一極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)圖及激勵(lì)貼片示意圖，(c)為第二極化饋電匹配網(wǎng)絡(luò)圖。

圖3為天線第一極化E面方向圖和交叉極化的仿真與實(shí)測值。

圖4為天線第一極化H面方向圖和交叉極化的仿真與實(shí)測值。

圖5為天線第一極化增益的仿真與實(shí)測值。

圖6為天線第二極化E面方向圖和交叉極化的仿真與實(shí)測值。

圖7為天線第二極化H面方向圖和交叉極化的仿真與實(shí)測值。