[發明專利]一種用于四臂螺旋天線饋電的功分移相器

有效

• 申請號: 201410230881.6
• 申請日: 2014-05-28
• 公開（公告）號: CN104051822B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 侯建強;史凱運;雷永亮;閆耀峰;黨帥;王黎瑩;霍云峰;張江濤;張玉;趙勛旺
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01P1/18
• 分類號: H01P1/18;H01P5/16;H01Q3/30
• 代理公司: 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙)61218
• 代理人: 惠文軒

技術領域

本發明屬于天線饋電技術領域，涉及一種用于四臂螺旋天線饋電的功分移相器。

背景技術

衛星導航系統發展迅速，廣泛應用于導航、通信、測繪、授時、檢測等多種領域，在日常生活和經濟建設中發揮著重要作用。四臂螺旋天線以其具有的心型方向圖、良好的前后比和優良的廣角圓極化等特性在衛星通訊領域中的到了廣泛的應用。四臂螺旋天線T/R組件的性能直接影響到整個導航通訊設備的工作質量；其中四臂螺旋天線饋電網絡作為天線T/R組件的關鍵部分，它的性能又是影響T/R組件性能的主要因素，因此如何改善四臂螺旋天線的饋電網絡成為了一個研究熱點。

四臂螺旋天線的饋電網絡需要實現四個輸出端口功率等分且相位依次相差90度(例如0度、90度、180度、270度)的功能；饋電網絡四個輸出端口功率大小關系及相位差的精度直接影響四臂螺旋天線的輻射特性。四臂螺旋天線T/R組件主要用在衛星通訊系統和衛星導航設備上；如今，手持導航通訊設備越來越追求小巧和輕便；如何有效地減小四臂螺旋天線T/R組件饋電網絡的體積、占用面積同時能保證饋電網絡工作性能的可靠性；對于這些設備的體積小型化和使用便捷化具有重要的實用意義。而現有的大部分饋電網絡具有結構復雜，體積大，精度不高，可靠性差等缺點。

以下介紹了幾種已經公開的四臂螺旋天線饋電網絡設計方法。

2001年O.Leisten,J.C.Vardaxoglou等人發表的文章“Miniaturised dielectrically-loaded quadrifilar antenna for global positioning system(GPS),”(Electron.Lett.,vol.37,no.22,Oct.2001,pp.1321-1322)中介紹了一種通過自相移法獲得正交饋電的四臂螺旋天線饋電網絡，實現了天線的小型化；但是采用這種饋電結構的天線，其輻射方向圖的圓極化、軸比帶寬窄而且四條螺旋臂輸入信號的90度相位差難以精確調節；對工藝要求較高。

在申請號為201120363078.1，名稱為“一種四臂螺旋天線的功分相移阻抗變換饋電網絡”的中國專利中介紹了一種層疊式的饋電網絡結構。這本饋電網絡包括上層微帶介質板、下層微帶介質板以及由上層微帶介質板和下層微帶介質板相接觸的一面形成的中間共地板；下層微帶介質板上設有威爾金森功分器和相位變換網絡；上層微帶介質板上設有直線漸變型阻抗變換網絡；功分相移阻抗變換網絡和直線漸變型阻抗變換網絡通過過孔進行連接。這種饋電網絡所占空間比較大，不利于四臂螺旋天線T/R組件的小型化；而且用了三個威爾金森功分器實現功分和移相功能，這導致了整體饋電結構復雜和損耗較大。

除此之外還有一些饋電網絡結構被報道，這些饋電網絡的尺寸普遍較大，不利于天線收發組件的小型化。

發明內容

本發明解決的問題在于提供一種用于四臂螺旋天線饋電的功分移相器，這種功分移相器不僅體積與一般的饋電網絡相比大大減小，同時展寬了四臂螺旋天線的工作帶寬和圓極化帶寬。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種用于四臂螺旋天線饋電的功分移相器，包括相疊合的多層介質基板層，在底層介質基板層下表面設有底層金屬地和一個輸入端口，在第n層介質基板層的上表面設有中間金屬地，以及兩個相對設置并分別與底層金屬地相連接的電阻，在該介質基板層的側面設有四個相對分布的輸出端口；第x層、第y層介質基板層為第n層介質基板層與頂層介質基板層之間的兩個相鄰層，在第x層、第y層上均設有兩個相對稱的耦合折疊線，上下層相同側的耦合折疊線相耦合，分別構成耦合單元；頂層介質基板層上設有頂層金屬地；

底層金屬地、中間金屬地、頂層金屬地分別通過貫穿介質基板層的金屬柱相連接；

輸入端口包括兩個饋電點，分別連接功率等分、相位相差180度的輸入信號；饋電點之一通過貫穿介質基板層的金屬柱與耦合單元之一的輸入端口相連接；

耦合單元的耦合端口、直通端口分別連接一個不同的輸出端口，其中兩個耦合單元的耦合端口分別與第n層相對分布的輸出端口之一相連接，兩個耦合單元的直通端口分別與第n層相對分布的輸出端口之一相連接；耦合單元的隔離端口分別連接第n層設置的電阻之一；

耦合單元的耦合端口輸出信號相位與輸入端口信號相位相等，直通端口輸出信號相位滯后輸入端口信號相位90度。

所述的頂層金屬地的兩端分別開設有相對稱的缺口，在缺口與頂層金屬地的中心之間均開設有相對稱的縫隙；調節縫隙和缺口長寬實現對耦合單元耦合度的微調。