[發明專利]圓極化角度分集天線

有效

• 申請號: 201310652946.1
• 申請日: 2013-12-05
• 公開（公告）號: CN103700924A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 李越;鄧長江;張志軍;馮正和
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賈玉健

技術領域

本發明屬于無線通信技術的天線設計技術領域，涉及一種圓極化角度分集天線。

背景技術

隨著無線通信技術的飛速發展，衛星通信與導航系統得到了廣泛的研究和應用。天線作為發送、接收電磁波的裝置，其性能直接決定了整個無線通信系統的性能。衛星通信用的天線通常需要滿足兩個要求。第一是極化為圓極化。這是由于電磁波在通過電離層時極化方向會發生旋轉，需要用圓極化來克服這種法拉第旋轉效應。第二是低仰角覆蓋。這是由于衛星相對于地球通常是運動的，在一定觀察時間內，衛星與觀測點會經歷不可見到可見、再到不可見的過程。低仰角覆蓋可以使觀測點無需追蹤衛星的運行狀態，在可見區域內均可以接收和發射電磁信號。

相對于陸地用天線，機載天線的要求更嚴格。由于飛機的運行速度非常快，風阻非常大，而且飛機的飛行姿勢會不斷調整，這些限制要求機載天線在滿足上述兩個要求的同時，還需要滿足小尺寸、輕重量、低剖面、高機械強度的要求。

設計一款滿足上述要求的機載天線目前仍是一個挑戰。當前的研究通常采用四臂螺旋天線。這種天線能夠提供低仰角覆蓋的圓極化電磁波。但是低仰角覆蓋是以天線高度的增加為代價的，而且天線的重量較重，不適合用做機載天線。

模式分集技術是解決空間覆蓋的有效技術之一。它的基本思想是利用互補的方向圖實現信號的覆蓋。假設天線1可提供天頂方向的圓極化覆蓋，天線2可提供水平方向的圓極化覆蓋。當觀測點在天頂方向時，天線1可為其提供圓極化信號；當觀測點在水平方向時，天線2可為其提供圓極化信號；當觀測點從天頂往水平方向運動時，天線1和天線2作為MIMO天線，可為其提供兩個獨立的圓極化信道，而且隨著觀測點往水平點移動，天線1的貢獻減少、天線2的貢獻增大。實驗表明，將天線1和天線2聯合起來，保證兩天線的高隔離度，可提供上半球面的圓極化覆蓋。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種可覆蓋上半球面的圓極化角度分集天線。通過將兩種天線組合起來，本發明實現了小型化、低剖面、寬帶的特點，滿足了機載天線的要求。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

圓極化角度分集天線，其特征在于，包含上層介質板1、下層介質板2、第一折疊金屬線3、第二折疊金屬線4、金屬柱5、金屬平板地6、第二饋電端口7和第二饋電端口8，其中：

上層介質板1與下層介質板2之間有一層空氣層；

第一折疊金屬線3印刷在上層介質板1的上表面和下層介質板2的下表面，通過四根金屬柱5a、5b、5c、5d連接；

第一折疊金屬線3通過中心短路柱5e與第二饋電端口7連接；

第二折疊金屬線4印刷在下層介質板2的上表面；

第二折疊金屬線4與第二饋電端口8連接；

金屬平板地6印刷在下層介質板2的下表面。

所述第一折疊金屬線3的4個分支3a、3b、3c、3d和連接金屬柱5的4個分支5a、5b、5c、5d均關于中心旋轉對稱。

所述第二折疊金屬線4的饋電網絡4a是一個串行饋電的網絡；

第二折疊金屬線4的4a分支和4b分支、4c分支、4d分支、4e分支相連，且4個分支4b、4c、4d、4e關于中心旋轉對稱；

4a分支的每一段微帶線長度均為1/16中心波長的整數倍；

4e分支、4d分支和4c分支到第二饋電端口（8）的折疊微帶線長度依次比4b分支到第二饋電端口（8）的折疊微帶線長度要長1/4中心波長、1/2中心波長和3/4中心波長。通過所述饋電網絡（4a）的阻抗變換，第二饋電端口（8）的輸入信號到4b分支、4e分支、4d分支、4c變成4路幅度相等、相位依次相差0°、90°、180°和270°的信號。

所述第一折疊金屬線3的4個分支3a、3b、3c、3d的線寬均相等；第二折疊金屬線4的饋電網絡4a和4個分支4b、4c、4d、4e的線寬均相等，金屬柱5的5個分支5a、5b、5c、5d、5e的半徑均相等。

所述第二折疊金屬線4的饋電網絡4a的特征阻抗為50歐姆。

所述第二饋電端口7和第二饋電端口8均為同軸端口。

當所述第二饋電端口7激勵時，提供水平全向的圓極化覆蓋；當所述第二饋電端口8激勵時，提供天頂的圓極化覆蓋；結合這兩種覆蓋，所述天線可提供上半球面的圓極化覆蓋。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

（1）第一次將兩種互補的方向圖聯合起來實現上半球面的圓極化覆蓋，而且實現了高隔離度；