[發明專利]一種用于衛星通信的低剖面低仰角高增益圓極化電磁偶極子天線

有效

• 申請號: 202110234718.7
• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN113078458B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 陳波;陳夢龍;謝琪;胡皓全;雷世文;田徑;楊偉;唐璞;何子遠
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q1/48;H01Q9/06;H01Q15/14
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

本發明提供一種用于衛星通信的低剖面低仰角高增益圓極化電磁偶極子天線，屬于衛星移動通信領域。本發明天線通過對電偶極子輻射臂設計成特定的扇形形狀，有效拓寬天線阻抗帶寬；并且通過寄生磁偶極子拓寬了天線的波束寬度，增大了低仰角處增益；同時采用了一種新型AMC結構(人工磁導體反射面)，適用于電磁偶極子天線，該AMC結構緊湊，設計簡單，可以有效地降低天線的剖面高度；在介質基板和AMC之間引入空氣層，拓寬天線的阻抗帶寬，增大天線的增益。因此，本發明天線的總體尺寸為0.48λ₀×0.48λ₀×0.054λ₀(λ₀為天線中心頻點處工作波長)，具有小型化、低剖面特點。

技術領域

本發明屬于衛星移動通信技術領域，具體涉及一種用于衛星通信的低剖面低仰角高增益圓極化電磁偶極子天線。

背景技術

與線極化波相比，圓極化波抗干擾能力強，極化失配損失低，因此常用于各種衛星移動通信中。同時，現代通信場景非常復雜，衛星移動通信系統要在不同場景下正常工作，需要在其內部安裝多個天線，單個天線的安裝空間較小，因此系統對天線的剖面提出了更高的要求。另外，為保證衛星通信系統有足夠的通信鏈路，要求天線具有足夠寬的波束寬度，并且在低仰角有較高的增益。目前，衛星移動通信中常用到的圓極化衛星天線類型主要有螺旋天線、微帶天線、交叉偶極子天線和單極子天線陣列等。

W.Yang等人(W.Yang,Y.Pan and S.Zheng.A Compact Broadband CircularlyPolar ized Crossed-Dipole Antenna With a Very Low Profile[J].IEEE Antennasand Wireless Prop agation Letters,2019,18(10):2130-2134)中提出了一種帶有八個寄生元件的低剖面寬帶圓極化交叉偶極子天線。八個寄生單元位于印刷交叉偶極子的同一基板的上表面和下表面，并且每個單元皆與短路柱連接，有效的將天線的剖面降低至0.067λ₀，并且提高天線的工作帶寬。由仿真和實測結果可知天線的最終尺寸為0.43λ₀×0.43λ₀×0.067λ₀，半功率波束寬度和3dB軸比波束都約為110°；但是此天線的缺點是剖面仍較高，且3dB軸比波束寬度較窄。

文獻(王雪.車載S波段圓極化天線研究與設計[D].四川:電子科技大學,2020：28-37)設計了一款2×2順序旋轉微帶陣列天線，用4個線極化單元通過順序旋轉饋電組成陣列。天線采用的是一分四串聯型饋電網絡，為了減小饋電網絡與貼片之間的耦合，在金屬地板與輻射體之間加載一定厚度的空氣層，從而展寬天線的工作帶寬。由仿真和實測結果可知，天線的整體剖面僅有0.068λ₀，半功率波束寬度為114°，3dB軸比波束寬度大于160°，但是天線的剖面仍然較高，而且饋電網絡復雜，幅度一致性較差，惡化了天線性能。

T.H.Jang等人(T.H.Jang,Y.H.Han,J.Kim，et al.60GHz Wideband Low-Profi leCircularly Polarized Patch Antenna With an Asymmetric Inset[J].IEEE Antennasand Wi reless Propagation Letters,2020,19(1):44-48)提出了一種單層介質的低剖面圓極化貼片天線，通過將兩個不對稱的平行縫隙嵌入到天線中，產生90°的相位差，進一步使天線輻射圓極化波。由仿真和測試結果可知，天線的剖面高度為0.05λ₀，半功率波束寬度為75°；該天線具有三個較寬的頻帶，剖面也較低，但是波束寬度較窄，不能適用于衛星移動通信。

現有技術中還有其它圓極化衛星移動天線，但是都存在剖面過高或者波束寬度較窄的問問題。基于此，一種用于衛星通信的低剖面低仰角高增益圓極化電磁偶極子天線具有實際意義和應用價值。

發明內容